航空電動靜液作動器技術淺談

韓瑞

【摘 要】隨著飛機的舵面控制系統的要求進一步提高，功率電傳作動技術是多電飛機區別于傳統飛機的關鍵技術之一，功率電傳作動系統的應用將取消飛機上原有的分散液壓源和氣壓源，而采用電動靜液作動器作為傳動部件。本文闡述了航空電動靜液作動器的技術發展概況，介紹了航空電動靜液作動器的系統組成，分析比較了EHA在三種不同原理及特點，總結了EHA在飛機應用中的優勢。

【關鍵詞】電動靜液作動器;EHA;功率電傳

中國分類號：V19 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）17-0034-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.015

Discussion of Electro-Hydrostatic Actuator Technology

HAN Rui

（Shanghai SAIFEI Aviation EWIS Manufacturing Co.，Ltd.，Shanghai ?201203，China）

【Abstract】With the further improvement of the requirements of the aircraft's control system，power transmission technology is one of the key technologies for multi-electric aircraft.The application of power transmission system will eliminate the original distributed hydraulic source and air pressure source on the aircraft，Electro-Hydrostatic Actuator will be used as the transmission component. This paper describes the technical development of Electro-Hydrostatic Actuator， introduces the system of Electro-Hydrostatic Actuator，and analyzes the characteristics of three different working principles，summarizes the advantages of EHA in aircraft applications.

【Key words】Electro-Hydrostatic Actuator;EHA;Power by Wire

0 引言

航空電動靜液作動器（Electro-Hydrostatic Actuator，EHA）作為未來飛機的主導機載作動系統，它的設計與優化有著非常重要的意義。電動靜液作動器可以使飛機的生存能力得到提高，同時可提升飛機可靠性，良好的維修性同時帶來了維護費用的下降。因此釆用電靜液作動器不僅可以大幅提高飛機的性能，還可以節省制造費用和維護費用。隨著技術發展和成熟，對于工業及民用領域如汽車、工程機械、機器人等，電動靜液驅動執行器也具有廣泛地應用前景。

1 航空EHA技術發展概況

20世紀80年代，美國空軍、海軍和NASA認可了全電/多電飛機的概念，其中電作動器是全電/多電飛機必不可少的組成部分，所以隨著全電/多電飛機的研究也快速發展起來。

EHA是最早被研究開發的一種電作動器，另外一種電作動器——機電作動器（Electro-Mechanical Actuator，EMA）也在快速發展之中。美國空軍、NASA、霍尼韋爾分別資助Ai Research、Johnson空間中心等進行了電作動器的實驗研究，洛克希德公司在C141和C130運輸機上對電作動器進行了飛行測試，包括多種功率級別和原理架構的EHA和EMA。

到了20世紀90年代，美國在積累了多種電作動器研究經驗之后，重點在F-18上測試了定排量變轉速EHA和雙電機-減速器-滾珠絲杠式EMA，取得了良好的效果。歐洲也開展了電作動器研發項目，將EHA裝在A321副翼上進行了飛行測試。到了21世紀初，歐美最新服役的飛機都不同程度正式應用了電作動技術，美國F35戰斗機主飛控舵面全部采用EHA作動，B787民機在次飛控舵面應用了EMA。歐洲的A400M和A380在主飛控舵面都采用了EHA作為備份舵機。

目前，航空EHA已經成功應用于飛機主飛控舵面，相對常規液壓作動有優勢明顯，在航空領域必將成為主導技術之一。空客公司提出將致力于與飛機同壽的EHA研發，使其能作為主飛控的主作動器，而不僅只作為備份。

2 電動靜液作動器工作原理

ISO組織在2005年公布了第1版航空EHA需求規范標準（ISO 22072），2011年修訂了第2版，給出了EHA典型架構。標準中指出，EHA為雙向電機驅動雙向液壓泵的形式，并且電機、泵、電子模塊可以組裝成為一個標準的集成電靜液模塊。

集成電動靜液作動系統由EHA控制器、電機驅動模塊、液壓泵、增壓油箱及集成閥塊、作動筒等組成，系統接受飛機控制器的控制指令，并反饋電流信號、轉速信號、液位信號、負載壓力信號、位移信號等關鍵傳感器信息至控制器，電動機按照EHA控制器和伺服驅動模塊發出的驅動控制信號正反向旋轉，驅動液壓缸正反向運動。EHA電機由飛機提供270VDC直流電源，電機的調速范圍為500-10000r/min，電機尖峰功率10-15KW。為保證電動靜液作動器的安全性與可靠性，EHA采用雙冗余架構，即作動器上集成兩組電機及液壓泵。

目前電靜液驅動執行器有三種典型工作原理：

（1）定轉速變排量工作：驅動電動機為變量泵提供恒定轉速，由伺服閥和變量油缸組成的變量機構來改變液壓泵的斜盤傾角，實現排量調節，最終使系統流量滿足負載的要求。采用這種方式，即使在空載或小負載運行時，電機依然保持很高的轉速，造成大量能量浪費，效率不高，此外變排量機構相對復雜，會帶來額外的可靠性隱患。

（2）變轉速定排量工作：定量泵的斜盤傾角是固定的，通過調節伺服電機的轉速來控制系統流量以改變作動筒速度。這種原理結構簡單，但由于定量泵的排量固定，電機轉速成為唯一可控參數來滿足驅動負載的需要，大轉速范圍內對電機的性能要求很高，很難實現效率、動態特性和功重比等性能的同時最優。

（3）變轉速變排量工作：同時調節電機轉速和變量泵排量，這種雙變量調節方式控制靈活度最高，有望獲得全局性能最優，一方面可提高系統動態響應，另一方面使電動機功率與系統需求匹配，提高系統能效。但其代價是結構復雜度和重量上升，可靠性下降。

3 電動靜液作動器的優勢

電動靜液驅動執行器作為一種作動方式，可以有效地對飛機航面進行控制，并且對于多電甚至全電飛機的發展打下了良好的基礎。針對無人飛機的特點，電靜液驅動執行器由于不需要龐大的液壓輔助系統，更適合于小尺寸無人飛機的靈巧布局及控制需求。此外，與多電飛機用的另一種機電作動器（EMA）相比，EHA還具有以下優勢：

（1）電動靜液作動器功率密度大，是機電作動器的10-30倍。

（2）電動靜液作動器的電機和泵可以做成一體，泵的泄露油液可直接對電機潤滑、冷卻，與EMA相比，可以更好地解決系統發熱問題。

（3）電動靜液作動器對飛機系統現有結構改動量小，在有限空間內可以隨控布局，而EMA的電機、減速器和絲杠位置相對固定不能隨意改變。

4 結束語

電動靜液作動器（EHA）由于集成度高、功重比大、可靠性高、效率高、安裝維護性好等優點，可替代傳統集中油源閥控液壓作動系統，被廣泛應用于多電飛機功率電傳系統中。變轉速變排量的工作模式相對于定轉速變排量、變轉速定排量的工作模式具有很大的優勢，在動態特性與功率匹配方面有較好的調節性能，目前EHA已越來越趨向于采用變轉速變排量原理結構，在結構簡化、減小重量及提高可靠性方面必將成為下一步提高EHA性能的研究重點。

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