本發(fā)明屬于流體控制，涉及一種航空用沖擊驅(qū)動(dòng)式流量分配調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)：

1、飛行器流體控制領(lǐng)域中，為使以液體為工質(zhì)的系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)性能，在管路分支處，需要隨系統(tǒng)流量，調(diào)節(jié)不同分支的流量分配比例。對于閉式管路系統(tǒng)內(nèi)的流體分支流量調(diào)節(jié)要求，目前主流的方法為在支路上或分支位置設(shè)置電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥、在系統(tǒng)中布置流量探測裝置和控制裝置，控制裝置根據(jù)流量探測裝置反饋的液體流量信號，向電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥發(fā)出對應(yīng)的開度指令，電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥改變開度，實(shí)現(xiàn)不同分支的流量分配調(diào)節(jié)。該方法存在以下缺點(diǎn)：采用流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，需要為每個(gè)支路單獨(dú)配備調(diào)節(jié)閥，不利于提高系統(tǒng)集成度；調(diào)節(jié)閥采用節(jié)流的方式進(jìn)行流量調(diào)節(jié)帶來較大的流阻損失，不利于飛行器減重且增大了液體動(dòng)力源的功耗；自動(dòng)調(diào)節(jié)需為每個(gè)流量調(diào)節(jié)閥配備電動(dòng)或液壓的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并設(shè)置一套參數(shù)探測和控制系統(tǒng)，增加系統(tǒng)的重量和復(fù)雜度，且存在控制滯后問題，具體到航空領(lǐng)域，對于需要以流量作為控制輸入量的工況，由于機(jī)載環(huán)境嚴(yán)格的重量限制和強(qiáng)電磁干擾等條件限制，機(jī)上無法布置流量傳感器，只能在特定條件下采用壓力參數(shù)近似等效替代流量參數(shù)，該方法難以適應(yīng)真實(shí)工況。為進(jìn)一步減少部件數(shù)量，減重的同時(shí)提高系統(tǒng)可靠性，需要進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的

2、發(fā)明一種航空用沖擊驅(qū)動(dòng)式流量分配調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法，在帶分支的飛行器流體系統(tǒng)中，采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)部件，替代用于調(diào)節(jié)流量分配而設(shè)置的電動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥、等效流量探測裝置和控制裝置，減少部件數(shù)量，提高系統(tǒng)可靠性，改善控制滯后情況，并降低系統(tǒng)重量。

3、技術(shù)方案

4、采用一種航空用沖擊驅(qū)動(dòng)式流量分配調(diào)節(jié)裝置，包括入口殼體、流量探測機(jī)構(gòu)、連接桿、彈性元件、流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、出口殼體；流量探測機(jī)構(gòu)為一帶有傾斜弧面的導(dǎo)流塊，導(dǎo)流塊背對來流一側(cè)沿來流方向設(shè)置一導(dǎo)向桿，出口殼體內(nèi)部的凸臺(tái)上正對來流方向開導(dǎo)向槽，導(dǎo)向桿伸入導(dǎo)向槽中，在導(dǎo)向槽的作用下可沿來流方向伸縮運(yùn)動(dòng)，凸臺(tái)對導(dǎo)流塊起到沿來流方向的限位作用；導(dǎo)流塊遠(yuǎn)離來流的一側(cè)設(shè)置耳片，與連接桿靠近來流的一側(cè)鉸接；連接桿遠(yuǎn)離來流一側(cè)與流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)鉸接；流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為平行于導(dǎo)向槽的板狀結(jié)構(gòu)，包含調(diào)節(jié)板和開設(shè)的兩個(gè)開口，出口殼體設(shè)置兩個(gè)垂直于來流方向且沿來流方向并列的兩個(gè)出口，調(diào)節(jié)板面向出口的一側(cè)與兩個(gè)出口呈滑動(dòng)接觸關(guān)系，并受到出殼體內(nèi)側(cè)兩處限位凸臺(tái)的限位和導(dǎo)向作用，可沿兩個(gè)出口中點(diǎn)的連線作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

5、進(jìn)一步的，所述彈性元件設(shè)置在導(dǎo)向槽底部，并被導(dǎo)向桿限位，使彈性元件在整個(gè)移動(dòng)行程中始終處于壓縮狀態(tài)。

6、進(jìn)一步的，調(diào)節(jié)板上的兩個(gè)開口為異形口，開口與出口重合的部分形成有效過流通道。

7、進(jìn)一步的，導(dǎo)向桿的橫截面與導(dǎo)向槽的截面相同，并維持較小的間隙。

8、進(jìn)一步的，所述的流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的活動(dòng)方向與液體在各出口處的流動(dòng)方向相垂直，以消除液體流動(dòng)時(shí)對流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的沖量影響彈性元件的受力平衡，進(jìn)而干擾流量分配結(jié)果。

9、當(dāng)來流液體流過流量探測機(jī)構(gòu)時(shí)，導(dǎo)流塊正對液體來流方向的表面為凹陷的弧形，該弧形表面引導(dǎo)液體流動(dòng)方向發(fā)生較大角度的折轉(zhuǎn)，據(jù)此感受液體流動(dòng)的沖量，當(dāng)液體以特定的流量流入該流量分配調(diào)節(jié)裝置時(shí)，對流量探測機(jī)構(gòu)的切斜弧面產(chǎn)生作用力，以特定的合力推動(dòng)流量探測機(jī)構(gòu)沿來流方向運(yùn)動(dòng)，流量探測機(jī)構(gòu)在凸臺(tái)上導(dǎo)向槽的導(dǎo)向作用下，克服彈性元件的彈力并通過連接桿推動(dòng)流量探測調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)沿來流方向移動(dòng)；流量探測機(jī)構(gòu)其正對來流方向的表面與入口殼體的內(nèi)表面共同構(gòu)成了液體流動(dòng)通道，引導(dǎo)液體在入口殼體內(nèi)改變流動(dòng)力向，并進(jìn)入出口殼體；

10、不同出口流量調(diào)節(jié)分配情況，由流量探測調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在特定平衡位置需要的面積比決定，且過流截面面積a大于對最小流量出口進(jìn)行節(jié)流來調(diào)節(jié)所需的面積，以此實(shí)現(xiàn)較低的調(diào)節(jié)阻力。

11、流量探測機(jī)構(gòu)沿來流方向運(yùn)動(dòng)過程中，導(dǎo)向桿將導(dǎo)向槽內(nèi)部的液體通過導(dǎo)向桿和導(dǎo)向槽之間的縫隙擠出，實(shí)現(xiàn)阻尼效果，避免調(diào)節(jié)板在平衡位置附近頻繁擺動(dòng)。

12、一種航空用沖擊驅(qū)動(dòng)式流量分配調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟：

13、1、出口為正方形，記a和b兩個(gè)出口的流量分別為qa和qb，入口總流量為q；彈簧剛度k；

14、2、要求的a、b兩出口的流量分配關(guān)系按下式描述：

15、

16、3、導(dǎo)流塊在入口流量q1下受到?jīng)_力f1，此時(shí)a出口流量為qa1，b出口流量為qb1，入口流量增加微小增量δq時(shí)，升力增加量為：

17、

18、調(diào)節(jié)板產(chǎn)生的向后位移量記為δx，δx表示如下：

19、

20、此時(shí)對應(yīng)的未被出口遮擋的b出口邊長寬度記為y，則a、b兩出口的有效面積變化為：

21、δaa＝la·x?????????????????????????????????????????(3)

22、δab＝-(la-y)·x????????????????????????????????????(4)

23、對流量變化，以x為自變量進(jìn)行積分計(jì)算，有

24、

25、結(jié)合實(shí)例中已知的無流量時(shí)a、b出口有效面積aa0和ab0，將上式(1)～(5)聯(lián)立求得y＝f(x)，及可確定出口的異形口形狀。

26、所述的出口在任一位置的寬度限定在出口邊長la以內(nèi)。

27、本申請的有益效果在于：

28、采用本發(fā)明的流量分配調(diào)節(jié)裝置，布置在液體管網(wǎng)分支系統(tǒng)的管路分支處，流體流過導(dǎo)流塊，導(dǎo)流塊感受液體沖力，通過連接桿將力傳遞至出口處的調(diào)節(jié)板，調(diào)節(jié)板移動(dòng)改變兩個(gè)出口的過流截面，實(shí)現(xiàn)不同分支流量分配比例的連續(xù)調(diào)節(jié)，流體流速越大，導(dǎo)流塊受力越大，帶動(dòng)調(diào)節(jié)板移動(dòng)更多，對應(yīng)不同的出口流量分配情況。該流量分配調(diào)節(jié)裝置可以降低調(diào)節(jié)系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低流量分配調(diào)節(jié)帶來的流阻，進(jìn)而降低液體系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)力源的能量消耗，同時(shí)該裝置可以減少調(diào)節(jié)部件數(shù)量，降低流體調(diào)節(jié)裝置的成本，提高系統(tǒng)可靠性，改善控制滯后與控制波動(dòng)情況，并降低系統(tǒng)重量。

技術(shù)特征：

1.一種航空用沖擊驅(qū)動(dòng)式流量分配調(diào)節(jié)裝置，其特征在于，包括入口殼體、流量探測機(jī)構(gòu)、連接桿、彈性元件、流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、出口殼體；流量探測機(jī)構(gòu)為一帶有傾斜弧面的導(dǎo)流塊，導(dǎo)流塊背對來流一側(cè)沿來流方向設(shè)置一導(dǎo)向桿，出口殼體內(nèi)部的凸臺(tái)上正對來流方向開導(dǎo)向槽，導(dǎo)向桿伸入導(dǎo)向槽中，在導(dǎo)向槽的作用下可沿來流方向伸縮運(yùn)動(dòng)，凸臺(tái)對導(dǎo)流塊起到沿來流方向的限位作用；導(dǎo)流塊遠(yuǎn)離來流的一側(cè)設(shè)置耳片，與連接桿靠近來流的一側(cè)鉸接；連接桿遠(yuǎn)離來流一側(cè)與流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)鉸接；流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為平行于導(dǎo)向槽的板狀結(jié)構(gòu)，包含調(diào)節(jié)板和開設(shè)的兩個(gè)開口，出口殼體設(shè)置兩個(gè)垂直于來流方向且沿來流方向并列的兩個(gè)出口，調(diào)節(jié)板面向出口的一側(cè)與兩個(gè)出口呈滑動(dòng)接觸關(guān)系，并受到出殼體內(nèi)側(cè)兩處限位凸臺(tái)的限位和導(dǎo)向作用，可沿兩個(gè)出口中點(diǎn)的連線作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述彈性元件設(shè)置在導(dǎo)向槽底部，并被導(dǎo)向桿限位，使彈性元件在整個(gè)移動(dòng)行程中始終處于壓縮狀態(tài)。

3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，調(diào)節(jié)板上的兩個(gè)開口為異形口，開口與出口重合的部分形成有效過流通道。

4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，導(dǎo)向桿的橫截面與導(dǎo)向槽的截面相同，并維持較小的間隙。

5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的活動(dòng)方向與液體在各出口處的流動(dòng)方向相垂直，以消除液體流動(dòng)時(shí)對流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的沖量影響彈性元件的受力平衡，進(jìn)而干擾流量分配結(jié)果。

6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，當(dāng)來流液體流過流量探測機(jī)構(gòu)時(shí)，導(dǎo)流塊正對液體來流方向的表面為凹陷的弧形，該弧形表面引導(dǎo)液體流動(dòng)方向發(fā)生較大角度的折轉(zhuǎn)，據(jù)此感受液體流動(dòng)的沖量，當(dāng)液體以特定的流量流入該流量分配調(diào)節(jié)裝置時(shí)，對流量探測機(jī)構(gòu)的切斜弧面產(chǎn)生作用力，以特定的合力推動(dòng)流量探測機(jī)構(gòu)沿來流方向運(yùn)動(dòng)，流量探測機(jī)構(gòu)在凸臺(tái)上導(dǎo)向槽的導(dǎo)向作用下，克服彈性元件的彈力并通過連接桿推動(dòng)流量探測調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)沿來流方向移動(dòng)；流量探測機(jī)構(gòu)其正對來流方向的表面與入口殼體的內(nèi)表面共同構(gòu)成了液體流動(dòng)通道，引導(dǎo)液體在入口殼體內(nèi)改變流動(dòng)力向，并進(jìn)入出口殼體。

7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，不同出口流量調(diào)節(jié)分配情況，由流量探測調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在特定平衡位置需要的面積比決定，且過流截面面積a大于對最小流量出口進(jìn)行節(jié)流來調(diào)節(jié)所需的面積，以此實(shí)現(xiàn)較低的調(diào)節(jié)阻力。

8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，流量探測機(jī)構(gòu)沿來流方向運(yùn)動(dòng)過程中，導(dǎo)向桿將導(dǎo)向槽內(nèi)部的液體通過導(dǎo)向桿和導(dǎo)向槽之間的縫隙擠出，實(shí)現(xiàn)阻尼效果，避免調(diào)節(jié)板在平衡位置附近頻繁擺動(dòng)。

9.如權(quán)利要求1所述裝置的沖擊驅(qū)動(dòng)式流量分配調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括如下步驟：

10.如權(quán)利要求9所述的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述的出口在任一位置的寬度限定在出口邊長la以內(nèi)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于流體控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種航空用沖擊驅(qū)動(dòng)式流量分配調(diào)節(jié)裝置及調(diào)節(jié)方法，該裝置布置在液體管網(wǎng)分支系統(tǒng)的管路分支處，流體流過導(dǎo)流塊，導(dǎo)流塊感受液體沖力，通過連接桿將力傳遞至出口處的調(diào)節(jié)板，調(diào)節(jié)板移動(dòng)改變兩個(gè)出口的過流截面，實(shí)現(xiàn)不同分支流量分配比例的連續(xù)調(diào)節(jié)，流體流速越大，導(dǎo)流塊受力越大，帶動(dòng)調(diào)節(jié)板移動(dòng)更多，對應(yīng)不同的出口流量分配情況。該流量分配調(diào)節(jié)裝置可以降低調(diào)節(jié)系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低流量分配調(diào)節(jié)帶來的流阻，進(jìn)而降低液體系統(tǒng)內(nèi)動(dòng)力源的能量消耗，同時(shí)該裝置可以減少調(diào)節(jié)部件數(shù)量，降低流體調(diào)節(jié)裝置的成本，提高系統(tǒng)可靠性，改善控制滯后與控制波動(dòng)情況，并降低系統(tǒng)重量。

技術(shù)研發(fā)人員：閆周易,湯永,王江輝,米飛,谷猛,柳丹陽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：新鄉(xiāng)航空工業(yè)(集團(tuán))有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6