一种电子式抗荷调压器设计构想

张岩 代警卫 何志良

海军驻襄樊地区航空军事代表室 441000

1 抗荷调压器的用途及工作原理

抗荷调压器是飞机抗荷系统的主要组成部分。它能够根据飞机机动过载的大小，自动调节输入抗荷服或高空代偿服内的抗荷胶囊中空气压力。充气后的抗荷服、调压服会压紧飞行员身体的下半部分，大大减少血液向腹腔和下肢的惯性流动，从而改善飞行员脑部的供血情况，减轻过载对人体机能的不良影响，保证飞行员的良好的工作能力，更有助于发挥歼击机、强击机的机动性能。

我国现有的抗荷调压器以机械结构为主，根据调压部件的不同区分可以分为膜片式和柱塞式。膜片式抗荷调压器核心部件是由橡胶膜片组成，设计精巧，工艺复杂，依靠一套严格的质量-压力反馈计算，通过膜片的变形封堵气体的入口与出口，实现过载-压力的比例调节。膜片式抗荷调压器优点是在体积、重量上相对较小，气密性好。但是该种抗荷调压器在设计与制造难度也相对较大，使用上对气源要求较高。柱塞式抗荷调压器调压部件是一个金属柱塞，过载的变化能够引起柱塞的上下位置变化，进而调节压力的大小。相对膜片式抗荷调压器而言，柱塞式抗调器设计与制造难度相对较低，使用上对气源要求也不高。但其缺点是气密性较差，体积与重量偏大。

2 现有机械式抗荷调压器性能分析

机械式抗调器调压的核心在于质量-压力反馈机制，这种反馈机制有效解决了过载与压力输出的线性关系，但在加压起始阶段和加压结束阶段，空气活门开度太小，这就造成抗调器加压起始阶段动态反应时间过缓，加压终止时间偏长。

如图1所示，T2曲线为压力建立曲线，T1曲线是过载建立曲线。按照设计，在加载起始阶段加载到1.5G时，抗荷服内应该有压力开始建立。而实际试验的加载、加压曲线数据显示加速度到2G时，抗荷服内压力才开始建立，压力建立曲线相对加载曲线存在一个明显的延迟时间T1,如图1。在加载末尾阶段，抗荷服内压力建立速度较加载曲线明显变缓（图示T2区域〕。这是由于机械式抗调器质量－压力反馈机制所形成的抗调器压力输出固有特性。

以上这两个时间段的充气延时已经影响到了抗荷调压器的抗调效果，随着高性能战斗机的出现，其超常的机动能力对飞机的抗荷系统提出了更高的性能要求。现有的机械结构的抗荷调压器已经不能更好的满足保护飞行员的抗荷能力。为了满足这些要求，抗荷调压器必须保证能输出准确和稳定的压力，主要应提高实现快速响应能力。于是考虑使用电子式抗荷调压器改变抗调器的输出特性加以改善。

3 电子式抗荷调压器设计构想

图1 抗荷调压器压力过载建立曲线

图2 电子式抗荷调压器工作原理

图3 电子式抗荷调压器结构示意图

电子式抗荷调压器以其更快的响应速度和相对简单的结构成为未来抗荷调压器的主要发展方向。但该类产品在国内尚没有成熟产品投入使用，同时对电子抗调器的性能在设计与研究还存有一定的疑问。从产品研发的角度讲，必须找出一套稳妥可行的电子抗荷调压器实用方案，以降低设计、研发和生产难度，同时增强用户试用和使用该电子产品的信心。

图2为电子式抗荷调压器的原理方框图。它的基本原理是：根据过载的大小，用电控方式改变活门的流通面积并控制活门的流通时间，从而对抗荷服增压使其得到相应的压力。抗荷调压器外接由发动机引入的高压压!空气，发动机的引气的压力对于容积为10升的抗荷服来说，可以认为是恒压气源；向抗荷服内充气流通面积是通过运动滑阀活门进行控制，飞机过载由加速度传感器进行测量，抗荷服气囊压力由压力传感器来进行测量。为纠正由于温度变化带来的抗调器压力传感器的测量误差，对抗调器压力传感器进行温度监测及温度补偿。4电子式抗荷调压器结构设计对原机械式抗调器工作原理进行深入研究后，为充分降低产品研发与设计的难度，提出一种改进型柱塞式电子抗调器设计方案。该方案吸收了先期产品中成熟的设计技术，并在此基础上加以改进,将反馈腔与活塞外腔设计巧妙地融为一体，不必另外设计反馈系统,极大简化了结构设计。选择在阀体上安装了一个非接触式直线电机作为电子执行单元，可大大提高抗调器的响应速度。方案如图3。

电子抗调器的安装方向是轴心与铅垂方向保持平行，支撑弹簧有一个向上的支撑力。飞机正常飞行无过载时，在支撑弹簧的作用下，滑阀置于上位，进气活门关闭，排气活门打开。抗荷服装内压力与大气环境相等。

当正向过载信号来临时且大于设定域值时，直线电机绕线线圈加电，直线电机产生向下的力，抵消弹簧向上的推力，滑阀处于开关临界状态〔或处于预加压状态〕。当正向过载信号持续增大到一定值时，依据过载信号大小及过载变化率，电子控制系统调整直线电机绕线线圈电压大小，滑阀在过载力与电磁力的双重作用下快速向下运动，使得进气活门打开、排气活门关闭，抗荷服装内压力增加。反馈作用力随之增加，滑阀有向上移动的趋势，此时电子控制系统实时调整直线电机电磁力大小，保持抗荷服装内压力变化与过载同步。当压力达到与过载匹配的压力后，电子系统控制电磁力快速减小，滑阀在弹簧力的作用下快速回到开关临界位置，维持抗荷压力不变。过载消失后，电子控制系统控制滑阀回到上位,抗荷服快速放气。

5 结语

该方案针对原机械式抗调器设计特点进行研究，吸取了机械柱塞式抗调器的设计优点，采用了其质量反馈原理，有利于电机控制。垂直安装设计保证抗调器工作不受过载力摩擦干扰，控制实施更加容易。直线电机电磁力的引入克服了机械柱塞式抗调器的在调压前期建压滞后，调压后期阶段活塞上移，活门变小，充气速度变慢及响应时间过长的缺点。电磁力的参与，打破了设计瓶颈，滑阀的重量可以大幅度减轻，支撑弹簧的力却可以大幅度加大，这也有效克服了柱塞式抗调器设计上的不足，提高了其抗干扰能力及动态响应速度。

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