电子式抗荷调压器特性探究.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 1 电子式抗荷调压器特性探究 于世琦1,2 甘俊杰1,2 徐 俊1,2 张亚洲1,2 徐 剑1,2 1.中航工业航宇救生装备有限公司,湖北 襄阳 441003 2.航空防护救生技术航空科技重点实验室,湖北 襄阳 441003 摘要:摘要:本文介绍某型电子式抗荷调节器的结构组成与工作原理,并对其进行了数值计算,采用软件MWorks.Sysplorer 对其进行建模仿真,分析了其活门位移及出口压力特性。通过数值计算和模拟实验,对电子抗调器的活门位移和出口压力进行了分析。根据仿真结果,研究人员对电子抗调器进行了结构优化,改善了其性能。改进后的电子抗调器表现出较小的压力波
2、动,具有稳定的特性。利用仿真结果对该电子抗调器进行结构优化改进,改进后的电子抗调器压力波动小,性能稳定,提升了飞行员的舒适性。目前国内对于电子抗调器的研究还处于初步阶段,本文希望通过仿真与试验研究,为电子抗荷调压器发展提供参考。关键词:关键词:抗荷;仿真;压力 中图分类号:中图分类号:TP2 0 引言 随着飞行器技术的高速发展,现代战斗机的性能得到了巨大的提升,飞行过程中所承受的过载也显著增加,最大可达 9G。然而,人体对过载的承受能力是有限的,训练有素的飞行员只能耐受 6 到 7G 的过载数秒钟,而在 7 到 8G 的过载下,他们只能持续 1 秒钟。对于现代高性能战斗机的飞行员来说,这样短暂
3、的可耐受过载时间是远远不够的,因此必须配备专门的抗过载装备。在航空生理防护装备中,抗荷调压器作为调节抗荷服内压力的装备,占据着重要地位。抗荷调压器是飞机抗荷系统中的重要组成部分,其功能是根据飞机飞行过载的大小,调节抗荷服内的气体压力。通过充气抗荷服,压缩飞行员的下半身,可以减少血液流向下肢和腹腔,从而缓解飞行员脑部供血不足的情况。目前,主要采用的抗荷调压器大多是机械式抗荷调压器。电子抗调器是由电控系统与机械式抗荷调压器结合而成的装备,其工作原理与柱塞式机械抗荷调压器相似,只是活门的驱动力由电机力和过载力组成,因此电子抗调器的响应速度更快,建压更稳定。通过电子控制系统的精确调节,可以根据飞行过载
4、的变化实时调整抗荷服内的气体压力,以更好地保护飞行员的生命安全和健康。电子抗调器的应用可以有效地提高飞行员在高过载环境下的工作效率和生存能力。1 电子抗调器结构与建模 1.1 电子抗调器结构组成 某型电子抗调器结构组成如下图 1 所示,其过载生理防护工作过程为过载传感器实际测得当前飞行过载值,并将其传输到控制器,按照航空过载生理防护要求的压力大小,控制器将此转换为输出电压作用于电机,电机力与过载力同时作用驱动活门运动,活门打开一定的开度,压缩空气经过出口腔流入抗荷服内,建立相应的压力,在此工作过程中,出口腔压力传感器实时监控抗荷调节器出口压。某型电子抗调器内部原理如图 1 所示,采用电机与直接
5、式柱塞活门结构相结合而成。按照机械式抗荷调压器的流量及压力制度进行设计,以此保证在断电时,由于过载力作用在电机与柱塞活门上,仍可对飞行员抗荷服进行充气加压。图 1 电子抗调器内部原理图 中国科技期刊数据库 工业 A 2 由图 2 所示,根据受力平衡可得抗荷调压器柱塞活门受力平衡方程:md2xdt=F+FG Fc Fs Fy FP (1)F=kbNBli=kmi (2)Fc=cdxdt (3)Fs=kx (4)u=E+iR+Ldidt (5)E=kbBlv=kEdxdt (6)FP=SP (7)上述方程中:m 为柱塞活门与电机动子总质量;x为 m 的位移;FG为柱塞活门所受过载力;Fy为弹簧预压
6、缩产生的预紧力;Fc为电机粘性阻尼力;Fs为弹簧随着位移产生的弹力;k为弹簧弹性系数;F为音圈电机产生电机力;N为线圈匝数;l为线圈长度;E为感应电动势;B为磁场强度;kb为感应电动势系数;v为线圈运动速度;c为电机粘性阻尼系数;i为电机通过的电流;R为线圈电阻;L为线圈电感;FP为气压产生的力;S为实际作用面积;P为流经活门气体压力。在上述方程组中,音圈电机的电感 L 较小,可以忽略自感影响。最终音圈电机通过控制加在其上电压来控制活门位移,将上述方程组消除中间变量与忽略项,简化后得:Rkmmd2xdt+(c+kE)dxdt+Rkkmx+Rkm(Ff+Fy FG+FP)=u (8)1.2 活门
7、流量模型 活门与外框之间的最大流通面积为:f=(D2d2)4 (9)公式 2.8 中 f 为最大流通面积;D 为外框刀口处直径;d 为柱塞活门中间细杆处直径。根据理想气体在绝热条件下通过喷管的流量公式:Q=fPTB(c),c cQ=fPTB,c c (10)c=P2P1 (11)(c)=c2/k c(k+1)/k (12)B=2kR(k1)(13)B=B(c)(14)c=PPc=(1+k12M2)k(k1)(15)上述公式中为流量系数;T 为温度;M 为马赫数;c为喷嘴进出口压力比。整理上述方程,将式 2.8 代入,消除中间变量可得流量与活门开度及入口压关系方程:Q=(D2 d2)P4T2kR
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