噴氣偏流板裝置執行機構運動學研究

畢玉泉，王海東，黃奎，楊炳恒

（海軍航空工程學院青島分院，山東青島 266041）

0 引言

航母艦載機在彈射或滑躍起飛之前，首先要啟動發動機。由于現在噴氣式飛機發動機噴出的氣流溫度高、流速大，為了使起飛時發動機噴出的尾焰氣流不致傷害后面的操作人員、航空裝備以及后續將要進行起飛作業的飛機，更好地提高艦載機起飛作業的效率，母艦上艦面保障人員需要通過運動執行機構將噴氣偏流板升起，將此高溫燃氣氣流向舷外或向上引導，如圖1所示。在美國現役航母上，MK7-0/2型噴氣偏流板裝置由6塊水冷面板和3套運動執行機構組成，而MK7-1型噴氣偏流板裝置由4塊水冷面板和2套運動執行機構組成。噴氣偏流板運動執行機構實質上是由2組平面四連桿機構組成，本文采用解析方法對該雙四連桿機構進行了噴氣偏流板的位置、速度和加速度分析，并采用Visual C++平臺進行了運動學仿真。

圖1 標準7-0/2型噴氣偏流板工作示意圖Fig.1The operations diagrammatic sketch of MK7-0/2 jet blast deflector

1 MK7-0/2型噴氣偏流板裝置執行機構運動學分析

MK7-0/2型偏流板運動執行機構如圖2所示，主要由2組鉸鏈四桿機構組成，其中液壓缸活塞組件、曲柄及旋轉軸構成1組連桿機構，包括3個轉動副和1個移動副。旋轉臂、支柱和偏流板組成另1組四連桿機構，包括4個轉動副，并且旋轉臂和曲柄同軸安裝在旋轉軸上。當活塞在液壓油的作用下伸出時，曲柄旋轉，通過旋轉軸帶動旋轉臂和支柱及偏流板運動，從而升起噴氣偏流板;當液壓油通過液電閥換向時，活塞桿在液壓油的作用下縮回，曲柄旋轉，通過旋轉軸帶動旋轉臂和支柱及偏流板反向運動，從而將噴氣偏流板放下。根據上面的分析，畫出機構模型簡圖，如圖3所示［2，4－6］。圖3中，點劃線表示偏流板執行機構的初始位置，實線表示噴氣偏流板運動執行機構的一般位置，虛線表示偏流板執行機構的最高升起工作位置。下面針對噴氣偏流板執行機構的這2組四桿機構采用解析法作運動學分析［1，3］。

圖2 標準7-0/2型噴氣偏流板運動執行機構Fig.2Operating gear assembly of MK7-0/2 jet blast deflector

1.1 MK7-0/2型噴氣偏流板裝置位置

如圖4所示，曲柄AB的長度為L1，活塞桿長度為L2，液壓缸長度為L3，固定支撐AC的水平距離為c，垂直距離為d，固定支撐AE的水平距離為m，垂直距離為n，曲柄的初始安裝角度為θ0，旋轉臂AD的長度為L4，偏流板支柱DF的長度為L5，偏流板活動鉸鏈F到固定鉸鏈E的距離EF長度為L6。當活塞桿在液壓油的作用下移動時，曲柄旋轉θ，由于曲柄和旋轉臂是同軸安裝的，旋轉臂的轉動角度也是θ，從而帶動偏流板升起角度為γ。

采用解析法分別對四桿機構ABC和ADFE建立運動學方程:

從式（5）和式（8）可以看出，當活塞桿移動時，L2距離發生改變，可以確定噴氣偏流板的轉動角度γ。

1.2 MK7-0/2型噴氣偏流板裝置速度和加速度

對式（3）求導整理得:

由式（9）和式（10）可以看出，當活塞桿勻速運動時，根據式（9）可以求解曲柄的角速度，將式（9）代入

式（10），進一步可求偏流板的旋轉角速度;將式（9）～式（11）代入式（12），可求得偏流板的旋轉角加速度變化。

1.3 計算實例

令曲柄AB的長度L1=200 mm，活塞桿長度L2= 214 mm，液壓缸長度L3=160 mm，固定支撐AC的水平距離c=515 mm，垂直距離d=142 mm，固定支撐AE的水平距離m=800 mm，垂直距離n=400 mm，曲柄的初始安裝角度θ0=45°，旋轉臂AD的長度L4= 515 mm，偏流板支柱DF的長度L5=652 mm，偏流板活動鉸鏈F到固定鉸鏈E的距離EF長度L6=800 mm，活塞的運動速度v=50 mm/s。在VC6.0開發平臺下，仿真曲線如圖5所示，圖中X軸表示活塞桿的移動位移。曲線1表示噴氣偏流板的旋轉角位移變化曲線，曲線2表示角速度變化曲線，曲線3表示角加速度變化曲線。

在給出的桿長條件下，從仿真曲線可以看出，隨著噴氣偏流板角度的增大，偏流板的運動角速度和角加速度會同時平緩下降。即對該機構而言，在操作末端，機構運動平緩，沒有運動沖擊。

圖5 噴氣偏流板角位移、角速度、角加速度曲線圖Fig.5The angular displacement and rotational velocity and angular acceleration curve diagram of jet blast deflector

2 結語

理論分析及算例表明，對于MK7－0/2型噴氣偏流板運動執行機構的末端執行元件，采用解析法導出的角位移、角速度和角加速度具有顯式的解析表達式，利用VC6.0軟件開發平臺可進行參數化運動仿真，具有簡單、快捷的優點，可進一步為噴氣偏流板運動執行機構的參數優化設計提供理論依據。

［1］孫桓，等．機械原理（第四版）［M］．北京:高等教育出版社，1989．

SUN Heng，et al．Theory of machines and mechanisms（the fourth education）［M］．Beijing:Higher education press，1989．

［2］葛文杰．平面四連桿機構的CAD及動態模擬［J］．機械科學與技術，1994，（3）:127－130．

GE Wen-jie．CAD and dynamic simulation of planar linkage［J］．Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering，1994，（3）:127－130．

［3］陳乃超，黃建龍．平面四連桿機構運動綜合線性優化算法［J］．機械設計與制造，2007，（8）:21－22．

CHENNai-chao，HUANGJian-long．Linearoptimize algorithm for motion synthesis of planar four-bar linkage［J］．Machinery Design＆Manufacture，2007，（8）:21－22．

［4］萬福昌．一種簡單的雷達天線平衡機構［J］．現代雷達，1996，（1）:82－87，104．

WAN Fu-chang．One simple balance mechanism of radar antenna［J］．Modern radar，1996，（1）:82－87，104．

［5］房景仕，張增太．鉸鏈四連桿機構在雷達設計中的分析與應用［J］．機械制造與自動化，2007，36（6）:55－56，63．

FANG Jing-shi，ZHANG Zeng-tai．The analysis and the application of the four-bar linkage mechanism in radar machine design［J］．Machinery Design and Manufacture，2007，36（6）:55－56，63．

［6］李克天，陳新，等．粘片機斜面四連桿焊頭運動機構設計［J］．機械科學與技術，2005，24（5）:570－571，608．

LI Ke-tian，CHEN Xin．Moving structure design of the bonding head for a die bonder with oblique plane and quadrilateral connecting rods［J］．Machinery Design and Manufacture，2005，24（5）:570－571，608．