液壓舵機

以液壓油為工作介質，能夠使船舶轉舵並保持舵位的裝置稱為液壓舵機。根據動力源的不同方式，可分為手動、電動、電動液壓舵機。電動液壓舵機工作可靠、操作方便、輕巧耐用、經濟性高、維修管理方便，是船舶理想的操舵裝置。

液壓舵機作為飛行控制系統的執行機構，是機、電、液高度禍合的複雜系統，也是故障率較高的環節。它的性能及可靠性的好壞直接影響著飛行控制系統乃至整個飛行器的性能及可靠性。隨著飛行控制系統的發展，飛行控制系統的研究焦點將逐漸向舵機部分的研究轉移。

基本介紹

• 中文名：液壓舵機
• 外文名：hydraulic actuator
• 重要性：飛行控制系統的執行機構

簡介

舵機是飛行器飛行控制系統的重要組成部分，也是飛行控制系統的執行機構，其性能的優劣直接影響著飛行器的制導精度。在空中按一定軌跡飛行的飛行器都是靠舵機帶動舵面隨時偏擺校正航向來實現的，其性能的好壞直接影響飛行器性能的高低。舵機系統是一個高精度的位置伺服系統，舵機控制器工作原理是接受制導計算機給出的舵面偏角信號和反饋系統給出的舵面偏轉信號，用它的輸出指令來操縱舵面的偏轉，從而改變飛行器的航行姿勢或航行軌跡以達到控制飛行器飛行軌跡的目的。

液壓舵機是電液位置伺服控制系統，具有重量輕、尺寸小、靈敏度高，工作平穩安全可靠，運轉噪音低、振動小，而且可實現無級變速，功率的範圍廣等優點，目前被廣泛套用於各種飛行器、船舶上。
液壓舵機一般採用電動機帶動油泵，因而又稱電動液壓舵機。液壓舵機用油液作為傳遞能量的介質，利用油液的不可壓縮性及流量、壓力和流向的可控性來實現舵面偏轉。舵機通過油泵把機械能轉化為油液的壓力能，然後通過轉舵機構把壓力能又轉化為機械能，來實現舵面的偏轉。

組成

液壓舵機由三部分組成:液壓傳動系統、機械系統和電路控制系統，其中電路控制系統和液壓傳動系統組成了液壓控制系統，電路控制系統主要是實現對舵面偏轉角度的控制，電路控制系統的作用有兩個，一是傳遞舵機指令，二是控制舵片的偏轉精度;液壓傳動系統的作用是向舵機提供足夠的液壓能，並設定所需的保護與控制裝置。轉舵機構由液壓缸和舵機的機械系統組成，其作用是將液壓能轉換成機械能，推動舵面的偏轉。

液壓舵機工作原理

液壓舵機由兩部分組成:機械機構和液壓控制系統，而液壓控制系統又是由液壓系統和電路控制系統兩部分組成，其中反饋信號的檢測、放大、校正都是在電路控制系統中完成的。機械機構的作用是將液壓能轉換成機械能，推動舵面偏轉。液壓系統的作用是向舵機提供足夠的液壓能，並設定所需的保護與控制裝置。控制系統則是電路部分，其作用有二，一是傳遞舵令，二是控制操舵精度。這其中液壓控制系統起著決定性的作用，它的性能的好壞直接決定著舵機性能的優劣，進而直接影響飛行器性能的高低。液壓舵機的工作原理如圖所示。

液壓舵機工作原理圖

控制系統的電信號通過控制液壓系統的電液伺服閥閥芯開度來控制流入流出液壓缸A, B兩腔的流量，從而控制液壓缸中的活塞的位移，活塞的位移又通過液壓舵機的執行機構一機械系統來控制舵面的偏轉;而液壓系統的主要作用是向舵機提供足夠的液壓能，設定所需的保護與控制裝置，實現電路控制系統與機械系統之間的信號轉換，將控制系統的控制信號轉換為液壓缸中的活塞的位移，從而驅動舵機的曲柄連桿機構進行轉動，達到控制舵面偏轉角度的目的。

性能要求

對於套用到飛機與飛彈上的伺服機構一液壓舵機較之一般伺服機構的要求要嚴格得多，主要有以下幾個方面:
(1)在要求的持續工作時間內有足夠的功率輸出，即能滿足力矩(或推力)與轉速(或速度)的要求。
(2)具有良好的動態性能，在大慣性的載荷下需有必要的穩定性與快速性能。在航空的套用中，一定穩定裕度下的快速性是一個關鍵問題。戰鬥機與戰術飛彈的機動性都很高，舵機機構的回響快慢直接影響操縱系統及自動控制系統的品質。
(3)對外界環境的影響(如衝擊、振動、加速度過載及高低溫等)不敏感，有較大的負載剛度，對反操縱狀態的抑制能力強。

分類

液壓控制系統可從不同的角度分類，每種分類方法都代表液壓控制系統一定的特點。
按輸入信號的變化規律分類:定值控制系統、程式控制系統和伺服控制系統。其中本文液壓舵機的液壓控制系統屬於伺服控制系統。伺服控制系統也稱隨動系統，其輸入信號是時間的未知函式，而液壓控制系統的輸出量能夠準確、迅速的復現輸入量的變化規律，對伺服系統來說，能否獲得快速回響往往是它的主要矛盾。
按被控物理量可進分為速度控制系統、位置控制系統、加速度控制系統和力控制系統以及其他物理量的控制系統等。

按液壓控制系統中信號傳遞介質的形式和信號的能量形式分類:機械一液壓控制(簡稱機一液控制)系統、電氣一液壓控制(簡稱電一液控制)系統、氣動一液壓控制(簡稱氣一液控制)系統。本文液壓舵機的液壓控制系統是電氣一液壓控制系統，在電一液控制系統中，誤差信號的檢測、校正和初始放大大都採用電氣、電子元件。其優點是信號的測量、校正和放大都較為方便，容易實現遠距離操作，容易與回響速度快、抗負載剛性大的液壓動力元件實現整合，組成以電子、電氣為神經，以液壓為筋肉的電液控制系統。電氣、電子技術與液壓控制的結合，使得電一液控制系統具有很大的靈活性和廣泛的適應性，是目前回響速度和控制精度最優的控制系統。

按控制元件的類型分類:閥控系統和泵控系統，閥控系統又分為閥控液壓缸系統和閥控液壓馬達系統兩種，泵控系統又可分為變數泵系統和變數液壓馬達系統。閥控系統的優點是回響速度快、控制精度高，缺點是效率低;閥控系統在快速、高精度的中小功率中套用很廣。泵控系統的優點是效率高，缺點是回響速度慢、結構較複雜，適用於大功率(20kW以上)而回響速度要求又不高的場合。

優點

液壓舵機通過採用液壓伺服控制系統來實現控制舵面偏轉角度的目的，電液伺服控制具有反應速度快、重量輕、尺寸小以及抗負載剛性大等特點，正是由於在現代飛行器的飛行控制系統中採用了電一液伺服控制，從而提高了飛行器控制系統的靈活性與適應性，保證飛行器在所有飛行狀態下所需要的穩定性與控制性(操縱性)，對改善
飛行器氣動性能與布局，保證舵面顫振安全性起到了重要作用。液壓伺服控制裝置是現代飛機操縱系統與大中型飛彈控制系統最主要的裝置之一。它在飛彈的飛行控制系統中則幾乎是系統動態特性的決定因素。