變量泵斜盤電液伺服控制系統的功能試驗
在數字仿真的基礎上,在航空發動機泵后燃油壓力范圍內將FF102伺服閥簡化為一階慣性環節,即
QL(S)/u(s)=KV/(TV+1) (9-5)
式中:QL、u分別為伺服閥輸出流量和輸入電壓;Kv、Tv分別為伺服閥一階環節增益和時常數。伺服閥單位階躍信號的響應時間不超過5ms。伺服閥向雙作用液壓缸輸入高壓燃油推動活塞運動,這一過程可以簡化描述為積分環節,即
XP(S)/QL(S)=(Q/AP)/S=KL/S (9-6)
式中;XP為液壓缸活塞位移;Q、AP分別為液壓缸進油流量和有效作用面積;KL為整合活塞位移增益,KL=Q/AP。
斜盤位置閉環控制系統框圖如圖10所示。
由于系統前向通道中已存在積分環節,控制算法Gc使用PID控制的比例控制算法,將指令信號與反饋信號的差值乘以比例系數后,轉換為電壓信號進入電液伺服閥。
變量泵斜盤位置電液伺服控制系統在X形航空發動機特性仿真試驗系統上進行了功能試驗。試驗系統通過大功率直流電動機,經齒輪減速機構拖動變量柱塞泵,其中,電動機轉速采用手動調節。泵出口油路安裝了節流針閥,手調針閥的開度可設定初始泵后壓力。使用計算機對液壓缸活塞位置進行控制,對應斜盤角最大、最小位置的活塞限位分別為15.5mm和29.0m。軟件工作過程中,記錄變量泵的輸出流量和活塞位置。
(1)液壓伺服控制系統靜態特性。斜盤位置控制的靜態重現性表現在液壓缸活塞位置到達同一點時,同轉速下的泵輸出流量一致。試驗中,針閥開度調至最大,手動控制變量泵轉速分別為2730r/min和2366r/min。取液壓缸活塞位置分別為15.5、18.0、22.5、26.0mm和29.0mm的5個觀測點,記錄泵輸出燃油流量。試驗數據見下表。從表中數據可知,斜盤位置在變化過程中處于同一位置點時,燃油泵輸出流量基本一致,最大差值為42L/h。考慮到渦輪流量計信號誤差及流量波動,小于50L/h的流量差值在可接受范圍以內。斜盤位置控制的重現性符合系統要求。
斜盤位置控制的靜態重現性試驗數據
斜盤位置/mm |
燃油流量/(L·h-1) |
|
變量泵轉速2730r/min |
變量泵轉速236r/min |
|
15.5 18.0 22.5 26.0 29.0 26.0 22.5 18.0 15.5 |
8010 6518 4003 2087 653 2119 4035 6560 8008 |
6919 5628 3437 1803 590 1824 3478 5660 6919 |
斜盤位置控制的穩定性表現在:油缸活塞指令位置固定,在轉速變化時,活塞位置不因轉速變化而出現靜態誤差。試驗取液壓缸位置指令為22.5rm,改變變量泵轉速,觀測輸出流量,試驗數據見下表。對下表數據進行擬合后發現,輸出流量與轉速線性度很好,說明轉速提升過程中活塞位置穩定。
斜盤位置控制的穩定性試驗數據
泵轉速/(r·min-1) |
燃油流量/(L·h-1) |
|
泵轉速/(r·min-1) |
燃油流量/(L·h-1) |
2760 2545 2325 2100 1810 |
4050 3717 3385 3041 2602 |
|
1520 1305 1806 800 580 |
2172 1840 1515 1100 800 |
(2)液壓伺服控制系統動態特性。電液伺服閥的響應速度隨供油壓力的升高而加快,輸出流量也隨之增大;顯然液壓缸活塞的運動速度也隨泵后壓力的升高而加快。因此,想知道系統是否滿足斜盤角度最大到最小的時間要求,只需要針對供油壓力較低的情況進行功能試驗。試驗選取了X形航空發動機工作中燃油泵后壓力最低的一組參數,通過調節泵轉速和針閥開度獲得相應的供油壓力,控制液壓缸活塞運動,觀測活塞位置動態響應過程。試驗結果如圖11所示。
從圖11可以看出,即使是在供油壓力較低情況下,活塞位置從15.5mm運動至29.0mm和從29.0mm返回15.5mm所需時間均不超過1s,仍然大幅低于1.5~2.5s的系統要求。
該種變量柱塞泵斜盤的電液伺服控制系統,使用泵后煤油作為伺服閥油源,
有效簡化了液壓系統結構。經過功能試驗證明,經簡化的伺服控制系統動態響應速度快,位置控制重現性、泵流量線性度好,作為航空渦輪燃氣發動機燃油控制機構,能夠滿足轉速/流量控制要求,減小了液壓系統體積和質量,有助于提高發動機推重比。