基于AMESim的某型發動機燃油調節器液壓 延遲器仿真分析

喬云 馮茵 高若延 林文

摘? 要：液壓延遲裝置是液壓控制系統的重要組成部分。以某型發動機燃油調節器的液壓延遲器為研究對象，運用AMESim建模仿真軟件，建立了液壓延遲器仿真模型，研究分析液壓延遲器驅動力矩的決定因素和極限值。液壓延遲器的驅動力矩在極限值范圍內決定于負載的大小，層板對液壓延遲器驅動力矩的穩態無影響，只影響動態響應時間。

關鍵詞：航空發動機? 燃油調節器? 液壓延遲器? AMESim? 驅動力矩

中圖分類號：V235? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）11（c）-0001-04

Hydraulic Retarder for an Aero-engine Fuel Controller Based on AMESim Simulation

QIAO Yun? FENG Yin? GAO Ruoyan? LIN Wen

（AECC Xi'an Areo-engine Control Technology Co.，Ltd.， Xi'an，? Shaanxi? Province，? 710077 China）

Abstract： Hydraulic retarder is an essential part of hydraulic control system. This paper takes the hydraulic retarder of a certain type of aero-engine fuel regulator as the object of study， builds the simulation model of the hydraulic retarder using the AMESim modeling simulation software， and studies determinants and limit values of the driving moment of the hydraulic retarder. The driving moment of the hydraulic retarder is determined by the load in the limit values. The laminate has no effect on the steady state of the hydraulic retarder， only affects the dynamic response time.

Key Words： Aero-engine; Fuel controller; Hydraulic retarder; AMESim; Driving moment

液壓延遲器廣泛應用于航空發動機液壓控制系統，其特點是使發動機的轉速、供油量等參數按預定規律變化，保證航空發動機過渡狀態的穩定性。某型燃油調節器的油門桿通過液壓延遲器轉動控制軸，由凸輪杠桿機構控制節流開關轉動，從而直接控制供給發動機的供油量。作用在控制軸上的力矩主要分為驅動力矩和阻力矩，而液壓延遲器可看作是控制軸轉動的動力來源，控制軸轉動時克服的摩擦力、彈簧力等是其阻力。

1? 工作原理

燃油調節器的液壓延遲器機構的工作原理見圖1，推油門桿1時，齒輪2逆時針轉動，帶動齒條3向左運動;分油活門4隨連桿5也開始向左運動（剛性連接），定壓油6與皮碗7右腔溝通，同時皮碗左腔與回油路溝通;在皮碗左右兩腔油壓力的作用下，隨動活塞8向左運動。隨動活塞上的齒條與齒輪9嚙合，帶動控制軸10的轉動。控制軸上有凸輪機構，控制杠桿轉動節流開關。11為層板限制器。

2? 計算模型

根據燃油調節器的液壓延遲器的工作原理，建立了Amesim仿真模型，見圖2。

根據液壓延遲器的工作原理，按活門初裝位置對仿真模型賦予以下參數：

（1）油門桿從0°推至105°，對應分油活門移動位移為14.7mm;即油門角度αB變化1°對應分油活門移動0.14mm;

（2）定壓油P定=15bar（1.47MPa）;

（3）層板限制器規格為（92～108）cm3/min，故按均值100cm3/min賦予參數;

（4）等效到液壓延遲器皮碗上的運動阻力矩M阻=3N.m;

（5）運動情況按如下要求進行：

①t=0～2s，保持油門角度αB=0°，持續2s;

②t=2～5.5s，以30°/s的速度推動油門桿，并在t=5.5s時刻，油門桿移動到位。

3? 計算結果及討論

3.1 典型計算結果

液壓延遲器典型仿真結果見圖3。其中，3-1為分油活門和隨動活塞位移變化情況，3-2為分油活門流通面積，3-3為皮碗左右兩腔壓力變化，3-4為液壓延遲器驅動力矩變化。從中可以看出：

（1）t=0～2s。

由于油門桿位置保持不變，向定壓油路通入P=15bar的燃油后，皮碗兩腔壓力從初始時刻的0bar會迅速增加，并隨著隨動活塞快速向左運動，油壓逐漸趨于穩定。在t=2s時刻，隨動活塞向左運動1.47mm、皮碗左腔壓力0.29bar、右腔壓力1.68bar。

此外，為了克服外來負載3N.m及液壓延遲器內部摩擦，液壓延遲器驅動力矩在t=0s時刻從0N.m迅速躍遷至3.19N.m后保持不變，使得系統趨于平衡。

（2）t=2～4.975s。

以30°/s的速度推動油門桿，分油活門隨之向左運動，隨動活塞上的型孔開度增大。對活塞皮碗而言，定壓油通往右腔的節流口面積增大，P右隨之增大;左腔通回油的節流口面積增大，但受到皮碗左移的影響，P左仍呈增大趨勢。

從圖中可以看出，皮碗左右兩腔P左和P右在剛開始推動油門桿時呈現急劇上升趨勢，但后期以恒定的速度持續推動時，P左和P右將保持恒定不變，且液壓延遲器的輸出力矩穩定在3.2N.m位置。

（3）t=4.975～5.5s。

在t=4.975s時刻，皮碗運動到最左側，被調整釘限位，隨后隨動活塞將穩定在該位置保持不變。此時繼續推動油門桿，分油活門不斷左移，型孔開度不斷增加，P右急劇升高，而P左急劇下降。此時，液壓延遲器輸出力矩急劇升高，最大將達到13.18N.m。

3.2 結果分析

3.2.1 等效阻力矩大小對驅動力矩的影響

在上述仿真模型中，分別改變阻力矩M阻為1N.m、3N.m、5N.m、10N.m，所得計算結果見圖4。可以看出：在隨動活塞限位之前，增大阻力矩會使得液壓延遲器的輸出力矩相應變大，以保持液壓延遲器各活門偶件穩定、持續移動;隨動活塞運動限位后，輸出力矩將急劇升高，最大可達到13.18N.m，且不隨阻力矩的變化而變化。這與液壓基本因果關系中的“負載決定壓力”相吻合。

此外，取M阻=14N.m，所得結果見圖5，其中5-1是為分油活門和隨動活塞位移變化，5-2是分油活門流通面積，5-3是皮碗左右兩腔壓力變化，5-4是液壓延遲器驅動力矩變。可以看出：當外部阻力矩大于液壓延遲器最大驅動力矩13.18N.m時，初始時刻隨動活塞將從初裝位置向型孔開度變大的方向移動;且在后續推油門桿過程中，隨動活塞始終停留在型孔最大開度位置并保持不變，皮碗左腔壓力始終為0，右腔壓力始終為15bar，液壓延遲器的驅動力矩保持13.18N.m不變。這表明：若等效到液壓延遲器上的阻力矩大于13.18N.m時，推動油門桿不會帶動隨動活塞移動。

3.2.2 層板流量對驅動力矩的影響

在上述仿真模型中，分別改變層板流量為10cm3/min、100cm3/min、200cm3/min，可以得出：在隨動活塞限位之前，層板流量的變化對輸出力矩無影響;隨動活塞限位后，增大層板流量對輸出力矩的穩態值無影響，但會影響其瞬態結果。層板流量增大，系統響應時間相應變長。

4? 結論

根據上述計算分析結果，可得出以下結論：

（1）推油門桿過程中，液壓延遲器輸出的驅動力矩大小取決于負載;負載越大，驅動力矩越大。

（2）若控制軸在某一位置出現轉動卡滯，導致隨動活塞限位，液壓延遲器輸出的驅動力矩將急劇增加，最大可達13.18N.m;

（3）層板流量變化對液壓延遲器驅動力矩的穩態值無影響，只影響其動態響應時間。

參考文獻

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