一种用于直升机操纵的液压驱动双向负载补偿系统的制作方法

1.本发明属于直升机桨距或其它航空器舵面的辅助动力设计技术领域，具体涉及一种用于直升机操纵的液压驱动双向负载补偿系统，是操纵液压助力系统的重要组成部分。


背景技术：

2.在直升机或其它航空器的液压助力操纵中，当液压动力源故障或液压油泄漏后，由于桨叶桨距或舵面具有自动回中的倾向，存在助力器位置不易保持或操纵，飞行员将面临严重操纵困难。现有的应急液压操纵系统一般采用液压压力源备份，即采用应急泵的形式提供液压助力系统备份功能。应急液压助力传递路线为操纵杆系—应急泵—液压管路—助力器—变距拉杆。
3.常规的采用液压压力源备份，首先应急泵重量较大，而且应急泵后端与主系统共用较长的液压管路系统，若管路系统发生漏油故障，则备份系统依然无法提供应急备份功能，即无法实现桨叶变距的操纵，任务可靠性低。


技术实现要素：

4.本发明的目的：本发明涉及一种用于向直升机操纵系统提供双向压力补偿的液压驱动系统，需要达到的目的是：在主液压系统正常工作时将部分液压能量储存在蓄能器中，在主液压系统供压失效故障时储存在蓄能器的能量通过连杆机构作用在变距拉杆或舵面，并且连杆机构的设计可以实现双向的压力补偿，进而实现直升机桨叶桨距或固定翼飞机舵面的应急位置保持或操纵助力，减轻驾驶员负担。
5.技术方案：一种用于向直升机操纵系统提供双向压力补偿的液压驱动系统，包括：蓄压器、载荷补偿作动器、连杆机构；在主液压系统正常工作时将部分液压能量储存在蓄能器中，在主液压系统供压失效故障时，储存在蓄能器的能量作用在载荷补偿作动器上，并通过连杆机构传动动力作用于变距拉杆或舵面，实现双向操纵助力。
6.进一步的，所述载荷补偿作动器采用活塞式结构形式，外围壳体一端与连杆机构的第一转动关节连接，可绕改点转动；活塞置于壳体内，活塞输出端与连杆机构的第一连杆一端连接。
7.进一步的，所述连杆机构包括：第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第一平动关节、第二平动关节、第三平动关节、第一转动关节、第二转动关节、第三转动关节、第四转动关节、第五转动关节、第六转动关节、第七转动关节；其中，第一转动关节和第三转动关节的转动支点与机体结构固定连接；所述第二连杆具有三个转动关节，包括第二转动关节、第四转动关节、第三转动关节，三个转动关节构成三角形形式；第二连杆的第二转动关节与第一连杆的一端连接；所述第四转动关节与第三连杆转动一端连接；第三连杆的另一端通过第五转动关节与助力器壳体固定连接；第三连杆既相对于第五转动关节转动，同时第五转动关节又沿助力器杆进行平动。
8.进一步的，所述第四连杆为助力器壳体，第六转动关节与桨距调整装置固定连接。
第四连杆与第五连杆之间形成第二平动关节，第四连杆与第六连杆之间形成第七转动关节
。
主液压系统正常工作时，第四连杆与第五连杆之间形成助力器腔，通过高压液压油的作用实现第五连杆的伸出或缩回，第五连杆同时相对于桨距调整装置绕着第六转动关节转动，用于操纵桨距调整装置。在主液压系统失效时，将不再有高压液压油作用在第五连杆控制其伸出或缩回，此时，应急补偿系统将自动介入工作，第四连杆的运动通过第七转动关节带动第六连杆进行运动，第六连杆即为变距拉杆，进而形成桨叶变距的助力操纵；补充、两个部件的连接表述
9.进一步的，蓄压器具有储存液压能源的能力，蓄压器形式为弹簧式或活塞式或气囊式，且依靠蓄压器能量作为载荷补偿作动器动力源，载荷补偿作动器一端连通蓄压器储存的高压液压腔，活塞输出端连接连杆结构。
10.进一步的，所述蓄压器还连接安全阀，可在蓄压器由于油液温度上升或充压超压时开启卸压，以保护其他附件以及连杆机构。
11.进一步的，蓄压器、安全阀、单向阀、载荷补偿作动器采用集成化设计；蓄压器、安全阀、单向阀、载荷补偿作动器壳体之间进行组件一体化设计。
12.进一步的，所述蓄压器还连接单向阀，所述单向阀在主液压系统正常工作时开启，在主液压系统失效或压力降低时进行反向关闭，避免蓄压器中压力下降；可选的，单向阀串接在蓄压器充压油路中。
13.进一步的，输入接头与供压软管连接；回油接头与回油软管连接。在内部流道上，高压液压油通过输入接头后到达单向阀，通过单向阀后进入蓄压器进行能量存储。蓄压器的液压腔还通过安全阀与回油接头连接，当蓄压器内压力过高时，安全阀接通，蓄压器内液压通过安全阀和回油接头流回油箱。
14.进一步的，所述系统还包括电磁阀可用于在无需桨距位置保持或无需该系统工作时接通进行蓄压器压力释放。电磁阀通过驾驶舱内的开关按钮控制，在直升机地面操纵检查时需将其接通，用于卸除蓄压器内的高压液压油。在飞行过程中，电磁阀始终保持断开状态，以确保蓄压器中的能量储存，实现液压系统失效故障时的自动应急操纵备份。
15.进一步的，载荷补偿作动器壳体和蓄压器、安全阀、单向阀组成的组件可绕第一转动关节转动，且第一转动关节支点固连在结构上。
16.进一步的，载荷补偿作动器活塞杆与第一连杆之间采用固定连接或一体化设计。
17.有益技术效果：本发明涉及一种用于向直升机操纵系统提供双向压力补偿的液压驱动系统，可用于直升机桨叶或定翼机舵面应急操纵或位置保持，该系统包含的附件少，简单可靠，具有能源利用率高、压力稳定，集成度高，体积小、重量轻，可靠性高的特点。
18.本发明涉及的一种用于向直升机操纵系统提供双向压力补偿的液压驱动系统，在主液压系统正常工作时将部分液压能量储存在蓄能器中，在主液压系统供压失效故障时储存在蓄能器的能量通过连杆机构作用在变距拉杆或舵面，并且连杆机构的设计可以实现双向的压力补偿，具有能源利用率高、压力稳定、重量轻的特点；本发明涉及的一种用于向直升机操纵系统提供双向压力补偿的液压驱动系统系统简单可靠，集成度高，体积小巧，可直接与桨距或舵面的伺服机构并联安装，避免长距离的液压导管系统发生漏油引起的供压失效等，系统可靠性高。
附图说明
19.图1为本发明系统装配示意图，
20.图2为高桨距时系统工作原理，
21.图3为低桨距时系统工作原理，
22.图4为桨距为零时系统工作原理，
23.其中，蓄压器1、电磁阀2、载荷补偿作动器3、第二转动关节4、第四转动关节5、第一平动关节6、第三连杆7、第五转动关节8、助力器壳体9、第二平动关节10、第五连杆11、第六转动关节12、带动第六连杆13、第三平动关节14、转动关节15、第一转动关节16、单向阀17、输入接头18、回油接头19、安全阀20、第三转动关节21、第一连杆22、第二连杆23。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.本发明涉及一种用于向直升机操纵系统提供双向压力补偿的液压驱动系统，包含的主要附件为蓄压器和连杆机构，在主液压系统正常工作时将部分液压能量储存在蓄能器中，在主液压系统供压失效故障时储存在蓄能器的能量通过连杆机构作用在变距拉杆或舵面，并且连杆机构的设计可以实现双向的压力补偿，具有能源利用率高、压力稳定、重量轻的特点；本发明涉及的一种用于向直升机操纵系统提供双向压力补偿的液压驱动系统系统简单可靠，集成度高，体积小巧，可直接与桨距或舵面的伺服机构并联安装，避免长距离的液压导管系统发生漏油引起的供压失效等，系统可靠性高。
26.包括蓄压器1、输入接头18、回油接头19、安全阀20、单向阀17、载荷补偿作动器3、连杆机构；连杆机构又包括第一连杆22、第二连杆23、第三连杆7、第四连杆9、第五连杆11、第六连杆13、第一平动关节6、第二平动关节10、第三平动关节14、第一转动关节16、第二转动关节4、第三转动关节21、第四转动关节5、第五转动关节8、第六转动关节12、第七转动关节15；其中，第一转动关节16和第三转动关节21的转动支点与机体结构固定连接；所述第二连杆23具有三个转动关节，包括第二转动关节4、第四转动关节5、第三转动关节21，三个转动关节构成三角形形式；第二连杆23的第二转动关节4与第一连杆22的一端连接；所述第四转动关节5与第三连杆7转动一端连接；第三连杆7的另一端通过第五转动关节8与助力器壳体9固定连接；第三连杆7既相对于第五转动关节8转动，同时第五转动关节8又沿助力器杆进行平动。
27.所述第四连杆9为助力器壳体，第六转动关节12与桨距调整装置固定连接。第四连杆9与第五连杆11之间形成第二平动关节10，第四连杆9与第六连杆13之间形成第七转动关节15
。
主液压系统正常工作时，第四连杆9与第五连杆11之间形成助力器腔，通过高压液压油的作用实现第五连杆11的伸出或缩回，第五连杆11同时相对于桨距调整装置绕着第六转动关节12转动，用于操纵桨距调整装置。在主液压系统失效时，将不再有高压液压油作用在第五连杆11控制其伸出或缩回，此时，应急补偿系统将自动介入工作，第四连杆9的运动通过第七转动关节15带动第六连杆13进行运动，第六连杆13即为变距拉杆，进而形成桨叶变距的助力操纵。
28.本发明涉及一种用于向直升机操纵系统提供双向压力补偿的液压驱动系统中各液压附件的功能如下：
29.安全阀20防止液压锁现象。在载荷补偿作动器3活塞从外伸极限位置返回时，若油液压力超过安全阀20活门打开压力，则安全阀20活门开启使局部油压降低，以防止载荷补偿作动器3增压造成的液压锁现象。
30.蓄压器1在主液压系统正常工作时储存液压能源，在主液压系统故障或失效时，释放储存的液压能源，作用在载荷补偿作动器3，通过连杆机构，实现双向操纵助力。
31.单向阀17在主液压系统故障或失效时，防止蓄压器1中的高压液压油返回到主液压系统中。
32.电磁阀2用于蓄压器放压。在主液压系统不工作，且无需应急操纵助力时，接通电磁阀可为蓄压器放压，使得变距拉杆或舵面回到中位，主要使用场景为直升机的地面操纵检查。
33.本发明涉及一种用于向直升机操纵系统提供双向压力补偿的液压驱动系统，其基本工作原理如图1所示。在主液压系统正常工作时，一方面，第四连杆9与第五连杆11之间形成助力器腔，通过高压液压油的作用实现第五连杆11的伸出或缩回，第五连杆11同时相对于桨距调整装置绕着第六转动关节12转动，用于操纵桨距调整装置；另一方面液压能源通过输入接头18、单向阀17、进入蓄压器1进行储存；当主液压系统故障时，将不再有高压液压油作用在第五连杆11控制其伸出或缩回，此时，应急补偿系统将自动介入工作。单向阀17反向关闭避免蓄压器1内的液压能反向流回主液压系统，蓄压器1内的液压压力作用在载荷补偿作动器3活塞端面，载荷补偿作动器3活塞与载荷补偿作动器3壳体之间形成第一平动关节6，通过连杆机构最终将液压力传递至第四连杆9,第四连杆9即为助力器壳体，第四连杆9的运动通过第七转动关节15带动第六连杆13进行运动，第六连杆13即为变距拉杆，形成桨叶变距的助力操纵。
34.设计中，所述连杆机构包括：第一连杆22、第二连杆23、第三连杆7、第四连杆9、第五连杆11、第六连杆13、第一平动关节6、第二平动关节10、第三平动关节14、第一转动关节16、第二转动关节4、第三转动关节21、第四转动关节5、第五转动关节8、第六转动关节12、第七转动关节15；其中，第一转动关节16和第三转动关节21的转动支点与机体结构固定连接；所述第二连杆23具有三个转动关节，包括第二转动关节4、第四转动关节5、第三转动关节21；三个转动关节构成三角形形式；连杆机构可实现自动双向压力补偿；第一连杆22和基准轴线的夹角θ为零时，操纵系统处于中位；在第一连杆22和基准轴线的夹角θ为正时，桨叶桨距处于高位；对应的，在第一连杆22和基准轴线的夹角θ为负时，桨叶桨距处于低位；第一连杆22逆时针旋转与基准轴线之间的夹角θ为正，顺时针旋转形成的夹角θ为负；所述基准轴线为第一转动关节16转动点与第三转动关节21转动点所在直线；作为一种定义形式，可以理解为，第一连杆22与基准轴线共线时，即θ为零时,也即操纵系统处于中位；第一连杆22处于基准轴线右侧，即θ为正时，也即桨叶桨距处于高位；第一连杆22处于基准轴线左侧，即θ为负时，也即桨叶桨距处于低位；当然，以不同视角，上述定义还可以有相反的形式，本质上仅需第一连杆22与基准轴线之间具有一定夹角即可，在存在夹角的前提下，蓄压器1即通过对第一连杆22的驱动，从而实现传动。
35.本发明涉及的一种用于向直升机操纵系统提供双向压力补偿的液压驱动系统在
桨叶高桨距位的工作原理如图2所示。若变距拉杆处于高桨距位，主液压系统故障或无压力输入，则此时第一连杆22和基准轴线的夹角θ为正值，蓄压器1的压力作用在载荷补偿作动器3，对第一连杆22始终形成推力，由于第一转动关节16和第一转动关节16的转动支点与机体结构固定连接，第二连杆23相对于第三转动关节21具有顺时针转矩，第三连杆7整体具有向右运动趋势，带动第五转动关节8向右运动，第五转动关节8与助力器壳体9固定连接，使得助力器壳体9受到被保持在高桨距位位置的力，克服桨距自动回中力，此时飞行员可以基本不用力或使用较小的力即可实现飞行控制操纵。
36.本发明涉及的一种用于向直升机操纵系统提供双向压力补偿的液压驱动系统在桨叶低桨距位的工作原理如图3所示。若变距拉杆处于低桨距位，主液压系统故障或无压力输入，则此时第一连杆22和基准轴线的夹角θ为负值，蓄压器1的压力作用在载荷补偿作动器3，对第一连杆22始终形成推力，由于第一转动关节16和第一转动关节16的转动支点与机体结构固定连接，第二连杆23相对于第三转动关节21具有逆时针转矩，第三连杆7整体具有向左运动趋势，带动第五转动关节8向左运动，第五转动关节8与助力器壳体9固定连接，使得助力器壳体9受到被保持在低桨距位位置的力，克服桨距自动回中力，此时飞行员可以基本不用力或使用较小的力即可实现飞行控制操纵。
37.本发明涉及的一种用于向直升机操纵系统提供双向压力补偿的液压驱动系统在桨叶桨距处于中位的工作原理如图4所示。若变距拉杆处于桨距中位，主液压系统故障或无压力输入，则此时第一连杆22和基准轴线的夹角θ为零，蓄压器1的压力作用在载荷补偿作动器3，对第一连杆22始终形成推力，第一转动关节16和第一转动关节16的转动支点与机体结构固定连接，由于第一连杆22和基准轴线的夹角θ为零，第二连杆23相对于第三转动关节21不具有转矩，第三连杆7、第五转动关节8、助力器壳体9均具有保持中位的趋势。
38.本发明涉及的一种用于向直升机操纵系统提供双向压力补偿的液压驱动系统，其“双向压力补偿”是指既可以补偿直升机桨叶的高桨距位对于固定翼飞机而言，则为舵面作动筒的伸出方向，又可以补偿桨叶的低桨距位(对于固定翼飞机而言，则为舵面作动筒的缩回方向)。具体补偿助力方向则取决于主液压系统故障时桨叶所处位置。蓄压器1的压力作用在载荷补偿作动器3，对第一连杆22始终形成推力，主液压系统故障时桨叶所处位置决定了第一连杆22和基准轴线的夹角θ的正负，进而也决定了该系统的补偿方向。在主液压系统正常工作时将部分液压能量储存在蓄能器中，在主液压系统供压失效故障时，储存在蓄能器的能量作用在载荷补偿作动器上，并通过连杆机构传动动力作用于变距拉杆或舵面，实现双向操纵助力。本发明可用于直升机桨叶或定翼机舵面应急操纵或位置保持，该系统包含的附件少，简单可靠，具有能源利用率高、压力稳定，集成度高，体积小、重量轻，可靠性高的特点。
39.以上具体实施方式或案例仅用于解释说明本发明的技术方案，并非对本技术进行限制，未详细说明部分均视为本领域常规技术手段或公知常识；本领域的普通技术人员应当理解：基于本技术的设计思想，应当可以对前述实施方式所记载的技术方案进行适应性修改，或对其中部分或全部技术特征进行等同替换，这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种用于直升机操纵的液压驱动双向负载补偿系统，其特征在于，包括：蓄压器(1)、载荷补偿作动器(3)、连杆机构；在主液压系统正常工作时将部分液压能量储存在蓄能器(1)中，在主液压系统供压失效故障时，储存在蓄能器(1)的能量作用在载荷补偿作动器(3)上，并通过连杆机构传动动力作用于变距拉杆或舵面，实现双向操纵助力。2.如权利要求1所述的用于直升机操纵的液压驱动双向负载补偿系统，其特征在于，所述载荷补偿作动器(3)采用活塞式结构形式，外围壳体一端与连杆机构的第一转动关节(16)连接，可绕该点转动；活塞置于壳体内，活塞输出端与连杆机构的第一连杆(22)一端连接。3.如权利要求2所述的用于直升机操纵的液压驱动双向负载补偿系统，其特征在于，所述连杆机构包括：第一连杆(22)、第二连杆(23)、第三连杆(7)、第一平动关节(6)、第二平动关节(10)、第一转动关节(16)、第二转动关节(4)、第三转动关节(21)、第四转动关节(5)、第五转动关节(8)；其中，第一转动关节(16)和第三转动关节(21)的转动支点与机体结构固定连接；所述第二连杆(23)具有三个转动关节，包括第二转动关节(4)、第四转动关节(5)、第三转动关节(21)，三个转动关节构成三角形形式；第二连杆(23)的第二转动关节(4)与第一连杆(22)的另一端；所述第四转动关节(5)与第三连杆(7)转动一端连接；第三连杆(7)的另一端通过第五转动关节(8)与助力器壳体(9)固定连接；第三连杆(7)既相对于第五转动关节(8)转动，同时第五转动关节(8)又沿助力器杆进行平动。4.如权利要求3所述的用于直升机操纵的液压驱动双向负载补偿系统，其特征在于，助力器壳体(9)与第五连杆(11)之间形成第二平动关节(10)，助力器壳体(9)与第六连杆(13)之间形成第七转动关节(15)；主液压系统正常工作时，助力器壳体(9)与第五连杆(11)之间形成助力器腔，通过高压液压油的作用实现第五连杆(11)的伸出或缩回，第五连杆(11)同时相对于桨距调整装置绕着第六转动关节(12)转动，用于操纵桨距调整装置；在主液压系统失效时，将不再有高压液压油作用在第五连杆(11)控制其伸出或缩回，此时，应急补偿系统将自动介入工作，助力器壳体(9)的运动通过第七转动关节(15)带动第六连杆(13)进行运动，第六连杆(13)即为变距拉杆，进而形成桨叶变距的助力操纵。5.如权利要求3所述的用于直升机操纵的液压驱动双向负载补偿系统，其特征在于，所述助力器壳体(9)固定连接第二平动关节(10)，助力器壳体的运动通过转动关节(15)带动第六连杆(13)进行运动，形成桨叶变距的助力操纵。6.如权利要求1所述的用于直升机操纵的液压驱动双向负载补偿系统，其特征在于，蓄压器(1)具有储存液压能源的能力，蓄压器形式为弹簧式或活塞式或气囊式，且依靠蓄压器(1)能量作为载荷补偿作动器(3)动力源，载荷补偿作动器(3)一端连通蓄压器储存的高压液压腔，活塞输出端连接连杆结构。7.如权利要求6所述的用于直升机操纵的液压驱动双向负载补偿系统，其特征在于，所述蓄压器(1)还连接安全阀(20)，可在蓄压器(1)由于油液温度上升或充压超压时开启卸压。8.如权利要求7所述的用于直升机操纵的液压驱动双向负载补偿系统，其特征在于，蓄压器(1)、安全阀(20)、单向阀(17)、载荷补偿作动器(3)采用集成化设计。9.如权利要求8所述的用于直升机操纵的液压驱动双向负载补偿系统，其特征在于，所述蓄压器(1)还连接单向阀(17)，所述单向阀(17)在主液压系统正常工作时开启，在主液压
系统失效或压力降低时进行反向关闭。10.如权利要求1所述的用于直升机操纵的液压驱动双向负载补偿系统，其特征在于，载荷补偿作动器(3)壳体和蓄压器(1)、安全阀(20)、单向阀(17)组成的组件可绕第一转动关节(16)转动，且第一转动关节(16)支点固连在结构上。

技术总结
本发明涉及一种用于直升机操纵的液压驱动双向负载补偿系统，包括蓄压器、载荷补偿作动器、连杆机构；在主液压系统正常工作时将部分液压能量储存在蓄能器中，在主液压系统供压失效故障时，储存在蓄能器的能量作用在载荷补偿作动器上，并通过连杆机构传动动力作用于变距拉杆或舵面，实现双向操纵助力。本发明可用于直升机桨叶或定翼机舵面应急操纵或位置保持，该系统包含的附件少，简单可靠，具有能源利用率高、压力稳定，集成度高，体积小、重量轻，可靠性高的特点。靠性高的特点。靠性高的特点。


技术研发人员：黄胜 杨思睿 贺国洋 杨宇 鲍嘉枫 吴瑜 王也 陈国鹏
受保护的技术使用者：中国直升机设计研究所
技术研发日：2022.12.01
技术公布日：2023/4/18