Диссертация (Улучшение динамических свойств и исследование рабочих процессов авиационного рулевого гидропривода с комбинированным регулированием скорости при увеличении внешней нагрузки)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮМОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)На правах рукописиАлексеенков Артем СергеевичУлучшение динамических свойств и исследование рабочихпроцессов авиационного рулевого гидропривода скомбинированным регулированием скорости приувеличении внешней нагрузки05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машинДиссертацияна соискание учёной степени кандидата технических наукНаучный руководительк.т.н., доцент,Селиванов Александр МихайловичМосква20142ОглавлениеВведение .......................................................................................................................

4Глава 1. Анализ современных авиационных рулевых приводов с электрическимэнергопитанием ......................................................................................................... 171.1. Электрогидростатические приводы .............................................................. 181.2. Приводы с комбинированным регулированием скорости .......................... 211.3.

Гибридные приводы ....................................................................................... 261.4. Выводы ............................................................................................................. 29Глава 2.

Разработка исследовательского образца гибридного рулевого привода скомбинированным регулированием скорости ....................................................... 312.1. Задачи экспериментального исследования .................................................. 312.2. Разработка принципиальной схемы экспериментального привода ........... 332.2.1. Режим работы привода от централизованной гидросистемы .............. 372.2.2. Режим работы привода от электросистемы самолета ...........................

382.2.3. Режим кольцевания полостей гидроцилиндра привода........................ 402.2.4. Режим пассивного демпфирования движения выходного звена ......... 402.3. Выводы ............................................................................................................. 41Глава 3. Математическое моделирование привода с комбинированнымрегулированием скорости......................................................................................... 433.1.

Разработка математической модели привода .............................................. 433.2. Структура математической модели привода с комбинированнымрегулированием скорости ..................................................................................... 453.2.1. Математическая модель блока управления............................................ 463.2.2. Математическая модель мехатронного модуля .....................................

493.2.3. Математическая модель поршневого насоса ......................................... 523.2.4. Модель формирования давления жидкости на входе клапана............. 533.2.5. Математическая модель клапана реверса .............................................. 543.2.6. Модель линейного электродвигателя ..................................................... 573.2.7. Математическая модель гидроцилиндра ................................................ 583.2.8. Математическая модель объекта управления ........................................ 593.2.9.

Значения параметров, используемых в модели ..................................... 613.3. Выводы ............................................................................................................. 633Глава 4. Практическая реализация гибридного привода с комбинированнымрегулированием скорости......................................................................................... 654.1. Стендовый комплекс для испытаний экспериментального образцагибридного привода ...............................................................................................

694.2. Выводы ............................................................................................................. 73Глава 5. Экспериментальные исследования характеристик базовыхкомпонентов электрогидравлического привода с комбинированнымрегулированием скорости......................................................................................... 745.1.

Объект исследований...................................................................................... 745.2. Результаты экспериментальных исследований ........................................... 755.3. Выводы ............................................................................................................. 84Глава 6. Отработка математических моделей компонентов привода исопоставление результатов моделирования с экспериментом ............................. 866.1. Выводы ............................................................................................................. 93Глава 7. Исследование характеристик и рабочих процессов привода скомбинированным регулированием скорости .......................................................

947.1. Теоретические исследования базовой схемы привода............................... 947.1.1. Влияние параметров настройки блока управления приводом на егодинамические характеристики .......................................................................... 947.1.2. Оценка режимов работы привода с комбинированнымрегулированием скорости по его частотным характеристикам ..................... 997.1.3.

Оценка динамических свойств привода с комбинированнымрегулированием скорости при работе под нагрузкой ................................... 1047.2. Схемное решение, улучшающее динамические характеристики привода скомбинированным регулированием скорости под нагрузкой ......................... 1117.3. Влияние параметров настройки блока управления приводом на егодинамические характеристики ...........................................................................

1287.4. Выводы ........................................................................................................... 139Заключение .............................................................................................................. 142Литература ............................................................................................................... 1454ВведениеАктуальность темы диссертацииПредъявление высоких требований к перспективным пассажирским итранспортным самолетам, с точки зрения эксплуатационных показателей,экологичности и топливной эффективности, ставит перед авиационнымиспециалистами ряд проблем, требующих поиска новых подходов к построениюэнергетической системы самолета.

В связи с этим особую актуальностьприобретает концепция большей электрификации бортовых систем, в частностисистем управления аэродинамическими поверхностями, взлетно-посадочныхустройств, систем кондиционирования воздуха и других. Для системуправления данная концепция подразумевает использование электрическойэнергии в качестве основной энергии, питающей рулевые приводы. Какследствие,такойподходпозволитисключитьилиминимизироватьцентрализованную гидросистему самолета, что позволит, по некоторымданным, снизить полную взлетную массу, уменьшить потребление топлива иупростить техническое обслуживание [9,11,40,53].Достижения электротехнических отраслей промышленности позволилипроизводитьпреобразователикомпактныенапряжения,блокисиловуюуправленияиэлектромашинами,управляющуюэлектронику,вычислительные комплексы, способные реализовывать сложные законыуправления, производя обработку данных в режиме реального времени, блокиобработки данных и системы контроля, что в целом способствоваловозможности повышения уровня электрификации самолётов [11,27,43].В настоящее время концепция создания самолетов с повышеннымуровнем электрификации исполнительной части системы управления (рулевыхприводов) из ряда проектных документаций воплощается в реальныеконструкторские схемы.

Такие решения нашли применение на современномпассажирском самолете Airbus A-380 (электрогидростатические приводы типаEHA и EBHA производства фирмы Liebherr), маневренном самолете F-355(электрогидростатические приводы EHA фирмы MOOG), транспортномсамолете Airbus A-400M. Разработаны приводы типа EHA фирмы Parker.В отечественной авиационной промышленности работы по созданиюэлектрифицированных систем управления самолетов проводятся в ЦАГИ,МАИ, МГТУ им. Баумана, ОКБ "Родина", ОАО "ПМЗ "Восход", ОАО"Электропривод" и других НИИ и ОКБ.

В частности, в ЦАГИ и ОКБ "Родина"был создан и испытан демонстрационный образец рулевого привода объемногорегулирования, в МГТУ им. Баумана предложена схема адаптивногоэлектрогидростатическогопривода[5],имеетсярядработкафедры"Гидромеханика и гидравлические машины" МЭИ по электрогидростатическмуприводу. В лаборатории гидроприводов кафедры 702 МАИ в течение ряда летведется научно-исследовательская работа по созданию электрогидравлическогорулевого привода с комбинированным регулированием скорости выходногозвена (КРС) [1,16,17].Как было сказано ранее, для рулевых приводов концепция большейэлектрификации подразумевает использование в качестве питающей энергииэлектроэнергию. В этом смысле электрогидростатические приводы являютсяперспективным решением в качестве рулевых приводов с питанием отэлектрической энергосистемы самолета, нашедшим применение на серийныхсамолетах (Airbus A-380, A-400M, Lockheed Martin F-35).