液力传动与流体机械在航空航天中的典型应用

1、液力传动与流体机械在航空航天中的典型应用目录1、4、2、3、5、液力成形技术在航天制造业的运液力成形技术在航天制造业的运用用液力传动在飞机牵引车方面的应用液力传动在飞机牵引车方面的应用涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机飞机液压系统的组成飞机液压系统的组成心得体会心得体会建筑业应用软件引言我国液力传动行业于我国液力传动行业于 20 20 世纪世纪 80 80 年代先后引进了液力年代先后引进了液力变矩器和液力偶合器多项国外先进技术，变矩器和液力偶合器多项国外先进技术， 经过消化、经过消化、吸收和系列发展，形成了完整的技术体系，出现了众多吸收和系列发展，形成了完整的技术体系，出现了众多的液力元件生产企业，

2、的液力元件生产企业， 基本上满足了国内各类机械产基本上满足了国内各类机械产品的配套需求，并有少量出口。械产品的配套需求，并品的配套需求，并有少量出口。械产品的配套需求，并有少量出口。液力成形技术是指利用液体作为传力介质有少量出口。液力成形技术是指利用液体作为传力介质或模具使工件成形的一种塑性加工技术或模具使工件成形的一种塑性加工技术, ,也被称作液压也被称作液压成形技术。液力成形技术可以分为三种类型成形技术。液力成形技术可以分为三种类型: :管材液压管材液压成形、板材液压成形以及壳体液压成形。其中管材液压成形、板材液压成形以及壳体液压成形。其中管材液压成成形和板材液压成形技术在航空航天领域己经

3、具有一定规模形和板材液压成形技术在航空航天领域己经具有一定规模的运用的运用, ,管材液压成形又称内高压成形管材液压成形又称内高压成形, ,板材液压成形技术又板材液压成形技术又称充液拉深成形。称充液拉深成形。建筑业应用软件一一. .液力成形技术在航天制造业的运用液力成形技术在航天制造业的运用1.1.内高压成形技术内高压成形技术1.1管材内高压成形原管材内高压成形原理理头头管材内高压成形基本原理：是通过内部加压和轴向加力管材内高压成形基本原理：是通过内部加压和轴向加力补料把管坯压入到模具型腔使其成形。补料把管坯压入到模具型腔使其成形。内高压成形基本工艺过程：内高压成形基本工艺过程：先将管坯放入下模

4、先将管坯放入下模, ,闭合上模后在管坯内充满液体闭合上模后在管坯内充满液体, ,然后然后高压系统通过冲头向管坯内加压高压系统通过冲头向管坯内加压, ,在加压的同时管端的在加压的同时管端的冲按与内压一定的匹配关系向内送料使管坯成形冲按与内压一定的匹配关系向内送料使管坯成形, ,典型典型内高压成形原理及过程图内高压成形原理及过程图1 1所示。对于轴线为曲线的构所示。对于轴线为曲线的构件件, ,需要把管坯预弯成接近零件形状需要把管坯预弯成接近零件形状, ,然后加压成形。内然后加压成形。内高压成形可分为三种基本工艺类型高压成形可分为三种基本工艺类型: :直线零件成形、带直线零件成形、带凸台或支叉零件成

5、形和曲线零凸台或支叉零件成形和曲线零件成形。件成形。建筑业应用软件一一. .液力成形技术在航天制造业的运用液力成形技术在航天制造业的运用1.1.内高压成形技术内高压成形技术1.1管材内高压成形原管材内高压成形原理理建筑业应用软件一一. .液力成形技术在航天制造业的运用液力成形技术在航天制造业的运用1.1.内高压成形技术内高压成形技术1.2管材内高压成型特管材内高压成型特点点采用内高压成型技术制造的三通管和传统的冲压焊接工采用内高压成型技术制造的三通管和传统的冲压焊接工艺相比艺相比, ,液压成形件主要有如下优点液压成形件主要有如下优点: :(1)(1)减少零件和磨具数量节约成本。液压成形件通常只

6、减少零件和磨具数量节约成本。液压成形件通常只需要一套模具需要一套模具, ,而冲压件通常需要两套或多套模具而冲压件通常需要两套或多套模具; ;(2)(2)提高强度与刚度提高强度与刚度, ,特别是疲劳强度特别是疲劳强度; ;(3)(3)零件采用整体成形零件采用整体成形, ,可减少后续机械加工和组装焊接可减少后续机械加工和组装焊接量量, ,简化生产流程简化生产流程, ,提高生产效率提高生产效率; ;(4)(4)提高加工精度提高加工精度, ,减少装配误差积累减少装配误差积累, ,可提高产品质量可提高产品质量; ;(5)(5)能改善管件内的气体流动特性能改善管件内的气体流动特性, ,结构形状设计更趋灵结

7、构形状设计更趋灵活、优化。活、优化。建筑业应用软件一一. .液力成形技术在航天制造业的运用液力成形技术在航天制造业的运用1.1.内高压成形技术内高压成形技术1.3内高压成形技术在航天制造业的运用内高压成形技术在航天制造业的运用航天领域每个型号具有零件产品航天领域每个型号具有零件产品数量少、种类多的特点数量少、种类多的特点, ,使得管使得管材内高压成形技术更适合于航天材内高压成形技术更适合于航天领域的各类管件的成形。典型的领域的各类管件的成形。典型的零件有三通管、零件有三通管、Q Q封头、弯管以封头、弯管以及波纹管等特殊管类零及波纹管等特殊管类零, ,其中其中T T形形和和Y Y形三通管件是航天

8、领域中最形三通管件是航天领域中最常见的结构形式常见的结构形式, ,如图如图2 2所示。所示。二二. .液力传动在飞机牵引车方面的应用液力传动在飞机牵引车方面的应用典型的飞机牵引车液力机械传动系统如图典型的飞机牵引车液力机械传动系统如图1 1所示。传动系统所示。传动系统的主要部件有的主要部件有: :液力变矩器、动力换档变速箱和驱动桥。液力变矩器、动力换档变速箱和驱动桥。二二. .液力传动在飞机牵引车方面的应用液力传动在飞机牵引车方面的应用1.采用液力传动则可实现车辆车速自适应控制采用液力传动则可实现车辆车速自适应控制液力传动系统的输出载荷和速度主要取决于系统的传动液力传动系统的输出载荷和速度主要

9、取决于系统的传动元件液力变矩器。液力变矩器的输出力矩元件液力变矩器。液力变矩器的输出力矩: :二二. .液力传动在飞机牵引车方面的应用液力传动在飞机牵引车方面的应用2.液力传动特点液力传动特点1.1.液力传动主要工作构件工作轮之间没有磨擦副液力传动主要工作构件工作轮之间没有磨擦副, ,比较容易实现传比较容易实现传动机械的高使用寿命和高的可靠性工作。动机械的高使用寿命和高的可靠性工作。2.2.液力传动系统结构简单液力传动系统结构简单, ,维修方便维修方便, ,对于中大功率施工机械对于中大功率施工机械, ,这一这一点尤为重要。点尤为重要。静液力变矩器与发动机的匹配方法静液力变矩器与发动机的匹配方法

10、根据工作主机的要求根据工作主机的要求, ,选配发动机与液力变矩器的匹配工作点选配发动机与液力变矩器的匹配工作点, ,以充以充分利用发动机的额定功率、降低发动机的油耗分利用发动机的额定功率、降低发动机的油耗, ,提高主机工作生产提高主机工作生产率。液力传动的主要性能参数有率。液力传动的主要性能参数有: :a.a.表示变矩器工况的转速比表示变矩器工况的转速比, ,其值等于零时其值等于零时, ,为零速输出工况。此时为零速输出工况。此时车辆起动或制动。车辆起动或制动。b.b.变矩系数变矩系数K K值值, ,表示变矩器输出力矩与输入力矩之比表示变矩器输出力矩与输入力矩之比, ,即即K=MT/MBK=MT

11、/MB。该值通过性能试验测取。工程机械的该值通过性能试验测取。工程机械的K K值选择较大值选择较大, ,通常为通常为2.72.73.33.3。车辆。车辆的的K K值通常为值通常为1.71.72.32.3。三三. .涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机二战后，随着时间推移、技术更新，涡轮喷气发动机显得不足以满二战后，随着时间推移、技术更新，涡轮喷气发动机显得不足以满足新型飞机的动力需求。尤其是二战后快速发展的亚音速民航飞机足新型飞机的动力需求。尤其是二战后快速发展的亚音速民航飞机和大型运输机，飞行速度要求达到高亚音速即可，耗油量要小，因和大型运输机，飞行速度要求达到高亚音速即可，耗油量要小，因此发动机效

12、率要很高。涡轮喷气发动机的效率已经无法满足这种需此发动机效率要很高。涡轮喷气发动机的效率已经无法满足这种需求，使得上述机种的航程缩短。因此一段时期内出现了较多的使用求，使得上述机种的航程缩短。因此一段时期内出现了较多的使用涡轮螺旋桨发动机的大型飞机。涡轮螺旋桨发动机的大型飞机。 实际上早在实际上早在3030年代起，带有外涵道的喷气发动机已经出现了一些粗年代起，带有外涵道的喷气发动机已经出现了一些粗糙的早期设计。糙的早期设计。4040和和5050年代，早期涡扇发动机开始了试验。但由于年代，早期涡扇发动机开始了试验。但由于对风扇叶片设计制造的要求非常高。因此直到对风扇叶片设计制造的要求非常高。因此

13、直到6060年代，人们才得以年代，人们才得以制造出符合涡扇发动机要求的风扇叶片，从而揭开了涡扇发动机实制造出符合涡扇发动机要求的风扇叶片，从而揭开了涡扇发动机实用化的阶段。用化的阶段。 三三. .涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机三三. .涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机的原理涡轮风扇发动机的原理 三三. .涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机的原理涡轮风扇发动机的原理 涡桨发动机的推力有限，同时影响飞机提高飞行速度。因此必需提高喷气发动机涡桨发动机的推力有限，同时影响飞机提高飞行速度。因此必需提高喷气发动机的效率。发动机的效率包括热效率和推进效率两个部分。提高燃气在涡轮前的温的效率

14、。发动机的效率包括热效率和推进效率两个部分。提高燃气在涡轮前的温度和压气机的增压比，就可以提高热效率。因为高温、高密度的气体包含的能量度和压气机的增压比，就可以提高热效率。因为高温、高密度的气体包含的能量要大。但是，在飞行速度不变的条件下，提高涡轮前温度，自然会使排气速度加要大。但是，在飞行速度不变的条件下，提高涡轮前温度，自然会使排气速度加大。而流速快的气体在排出时动能损失大。因此，片面的加大热功率，即加大涡大。而流速快的气体在排出时动能损失大。因此，片面的加大热功率，即加大涡轮前温度，会导致推进效率的下降。要全面提高发动机效率，必需解决热效率和轮前温度，会导致推进效率的下降。要全面提高发动

15、机效率，必需解决热效率和推进效率这一对矛盾。推进效率这一对矛盾。涡轮风扇发动机的妙处，就在于既提高涡轮前温度，又不增加排气速度。涡扇发涡轮风扇发动机的妙处，就在于既提高涡轮前温度，又不增加排气速度。涡扇发动机的结构，实际上就是涡轮喷气发动机的前方再增加了几级涡轮，这些涡轮带动机的结构，实际上就是涡轮喷气发动机的前方再增加了几级涡轮，这些涡轮带动一定数量的风扇。风扇吸入的气流一部分如普通喷气发动机一样，送进压气机动一定数量的风扇。风扇吸入的气流一部分如普通喷气发动机一样，送进压气机( (术语称术语称“内涵道内涵道”)”)，另一部分则直接从涡喷发动机壳外围向外排出，另一部分则直接从涡喷发动机壳外围

16、向外排出(“(“外涵道外涵道”)”)。因此，涡扇发动机的燃气能量被分派到了风扇和燃烧室分别产生的两种排气。因此，涡扇发动机的燃气能量被分派到了风扇和燃烧室分别产生的两种排气气流上。这时，为提高热效率而提高涡轮前温度，可以通过适当的涡轮结构和增气流上。这时，为提高热效率而提高涡轮前温度，可以通过适当的涡轮结构和增大风扇直径，使更多的燃气能量经风扇传递到外涵道，从而避免大幅增加排气速大风扇直径，使更多的燃气能量经风扇传递到外涵道，从而避免大幅增加排气速度。这样，热效率和推进效率取得了平衡，发动机的效率得到极大提高。效率高度。这样，热效率和推进效率取得了平衡，发动机的效率得到极大提高。效率高就意味着

17、油耗低，飞机航程变得更远。就意味着油耗低，飞机航程变得更远。三三. .涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机涡轮风扇发动机的优缺点涡轮风扇发动机的优缺点 如前所述，涡扇发动机效率高，油耗低如前所述，涡扇发动机效率高，油耗低，飞机的航程就远。，飞机的航程就远。但涡扇发动机技术复杂，尤其是如何将但涡扇发动机技术复杂，尤其是如何将风扇吸入的气流正确的分配给外涵道和风扇吸入的气流正确的分配给外涵道和内涵道，是极大的技术难题。因此只有内涵道，是极大的技术难题。因此只有少数国家能研制出涡轮风扇发动机，中少数国家能研制出涡轮风扇发动机，中国至今未有批量实用化的国产涡扇发动国至今未有批量实用化的国产涡扇发动机。涡扇发动

18、机价格相对高昂，不适于机。涡扇发动机价格相对高昂，不适于要求价格低廉的航空器使用。要求价格低廉的航空器使用。四四. .飞机液压系统的组成飞机液压系统的组成飞机上以油液为工作介质，靠油压驱动执行机构完成特定操纵飞机上以油液为工作介质，靠油压驱动执行机构完成特定操纵动作的整套装置。为保证液压系统工作可靠，特别是提高飞行动作的整套装置。为保证液压系统工作可靠，特别是提高飞行操纵系统的液压动力源的可靠性，现代飞机上大多装有两套操纵系统的液压动力源的可靠性，现代飞机上大多装有两套( (或多套或多套) )相互独立的液压系统。它们分别称为公用液压系统和相互独立的液压系统。它们分别称为公用液压系统和助力（操纵

19、）液压系统。公用液压系统用于起落架、襟翼和减助力（操纵）液压系统。公用液压系统用于起落架、襟翼和减速板的收放，前轮转弯操纵，驱动风挡雨刷和燃油泵的液压马速板的收放，前轮转弯操纵，驱动风挡雨刷和燃油泵的液压马达等；同时还用于驱动部分副翼、升降舵（或全动平尾）和方达等；同时还用于驱动部分副翼、升降舵（或全动平尾）和方向舵的助力器。助力液压系统仅用于驱动上述飞行操纵系统的向舵的助力器。助力液压系统仅用于驱动上述飞行操纵系统的助力器和阻尼舵机等，助力液压系统本身也可包含两套独立的助力器和阻尼舵机等，助力液压系统本身也可包含两套独立的液压系统。为进一步提高液压系统的可靠性，系统中还并联有液压系统。为进一

20、步提高液压系统的可靠性，系统中还并联有应急电动油泵和风动泵，当飞机发动机发生故障使液压系统失应急电动油泵和风动泵，当飞机发动机发生故障使液压系统失去能源时，可由应急电动油泵或伸出应急风动泵使液压系统继去能源时，可由应急电动油泵或伸出应急风动泵使液压系统继续工作。续工作。四四. .飞机液压系统的组成飞机液压系统的组成四四. .飞机液压系统的组成飞机液压系统的组成液压系统通常由以下部分组成：供压部分：包括主油泵、应急液压系统通常由以下部分组成：供压部分：包括主油泵、应急油泵和蓄能器等，主油泵装在飞机发动机的传动机匣上，由发动油泵和蓄能器等，主油泵装在飞机发动机的传动机匣上，由发动机带动。蓄能器用于

21、保持整个系统工作平稳。执行部分：包括机带动。蓄能器用于保持整个系统工作平稳。执行部分：包括作动筒、液压马达和助力器等。通过它们将油液的压力能转换为作动筒、液压马达和助力器等。通过它们将油液的压力能转换为机械能。控制部分：用于控制系统中的油液流量、压力和执行机械能。控制部分：用于控制系统中的油液流量、压力和执行元件的运动方向，包括压力阀、流量阀、方向阀和伺服阀等。元件的运动方向，包括压力阀、流量阀、方向阀和伺服阀等。辅助部分：保证系统正常工作的环境条件，指示工作状态所需的辅助部分：保证系统正常工作的环境条件，指示工作状态所需的元件，包括油箱、导管、油滤、压力表和散热器等。元件，包括油箱、导管、油滤、压力表和散热器等。 液压系统具有以下优点：单位功率重量小、系统传输效率高、液压系统具有以下优点：单位功率重量小、系统传输效率高、安装简便灵活、惯性小、动态响应快、控制速度范围宽、油液本安装简便灵活、惯性小、动态响应快、控制速度范围宽、油液本身有润滑作用、运动机件不易磨损。它的缺点是油液容易渗漏、身有润滑作用、运动机件不易磨