下载文档原格式
工 程 技 术69科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 随着经济的发展和社会的繁荣,我国民航产业每年都以超过10%的增速快速增长,现已成为世界第二大民用航空市场。
但作为航空大国,我国在大型民用飞机液压系统的研制方面却是刚刚起步,从元件级到系统级基本由国外供应商垄断,国内市场的供给量与巨大的需求极不匹配。
研制高效可靠的大型民用飞机液压系统,不仅可以在产品层级上为飞机减轻重量,提高安全性和效率,还可带动诸如新材料、电子、能源、精密制造等一系列相关的高新技术产业的发展,关系到整个国家航空系统集成能力的提高。
1 液压系统的定义及组成按照ATA100(航空产品技术资料编写规范)的定义,民机液压系统是指使液压油在压力下供至公共点以便再行分配到其它规定系统的部件和零件。
民用飞机液压系统按功能可分为液压能源系统和工作回路两个部分。
液压能源系统为飞机上所有使用液压驱动的活动部位提供液压能源,并保证卸荷与散热等方面的要求。
液压能源系统主要由泵源、能量转换装置、油箱、控制阀、管路及指示系统等组成。
2 典型民机液压系统技术现状波音和空客是目前世界民航市场上两大巨头,均有多款产品在市场上获得巨大成功,具有极高的研究价值。
2.1 波音飞机液压系统的特点波音公司的发展基本涵盖了整个民航发展历史,期间推出的多款机型均可代表不同时期民机液压系统的设计理念和先进技术。
表1展示了波音各机型液压系统泵源配置的变化历程。
该文选取其主流机型波音737和先进机型波音787进行详细分析。
2.1.1 波音737液压系统波音737是波音公司研制的中短程客机,是世界航空史上最成功的民航客机。
B737飞机拥有A、B和备份3套独立的液压系统,工作压力为3000psi。
其中A、B系统为常规系统,在飞行过程中总是处于工作状态,为飞控、襟/缝翼、起落架和机轮刹车等提供动力,备用系统只在必要时才启用,仅为方向舵、反推和前缘装置提供动力。
稀土永磁电机在航空上的应用一、稀土永磁电机在航空上的应用特点随着稀土永磁材料、电力电子、微电子、微机、新型控制理论及电机理论的进步，稀土永磁电机的技术发展十分迅速，在航空领域显示出广泛的应用前景和强大的生命力。
稀土永磁电机在航空上的应用具有以下特点：1、由于稀土永磁材料的高磁能积，使得电机可明显降低重量、减小体积。
航空用电机对其体积、重量有极为严格的要求。
现代航空飞行器中，每1 kg 设备重量大约需要15～30 kg 的附加重量来支持。
2、稀土永磁材料的矫顽力Hc 高，剩磁Br 大，因而可产生很大的气隙磁通，大大缩小永磁转子的外径，从而减小转子的转动惯量，降低时间常数，改善电机的动态特性。
3、气隙宽度可以选取较大值，这样可以减小由于齿槽效应引起的力矩波动，也可抑制电枢反应对力矩波动的影响。
电枢反应对稀土永磁体的去磁作用较小，更适合突然反转、堵转驱动等特殊性能要求。
4、使用无刷直流电动机还具有以下显著特点：使用寿命长。
目前飞机上大量使用有刷直流电动机，寿命只几百小时。
随着航空技术的不断发展，各航空电机生产厂都面临延长产品寿命的技术压力。
当寿命要求提高到1000 至2000 小时时，有刷直流电动机的自身特点已无法满足要求。
无刷直流电动机无电刷和换向器，可以大幅度提高寿命指标。
适宜于高速运行。
转速越高，电机体积重量可以做得越小。
但有刷直流电机由于机械换向的限制，转速很难在现有基础上进一步提高。
无刷直流电机在轴承允许的条件下，转速可成倍增加。
可靠性高。
高空换向火化加大，影响可靠性，不利于电磁兼容；高空电刷磨损加剧，碳粉影响绝缘性能，减少电机寿命。
无刷直流电机则不存在这些问题。
散热容易。
无刷直流电机的主要发热源在定子上，自然散热条件好。
同时可以方便地在定子壳体中进行油冷或水冷，特别是循油或喷油冷却可以极大地提高电机的功率密度。
这对于有刷直流电动机是十分危险的。
余度控制方便。
无刷直流电机的可靠性薄弱环节在控制器和电机绕组上，多余度控制方法灵活。
![民用飞机EHAEBHAEMA技术浅谈[Word文档]](https://img.taocdn.com/s1/m/968fe3685bcfa1c7aa00b52acfc789eb172d9e88.png)
民用飞机EHA/EBHA/EMA技术浅谈关键字：民用飞机EHA/EBHA/EMA技术浅谈本文为Word文档，感谢你的关注！【摘要】本文对EHA、EBHA、EMA在民用飞机上的应用，以及EHA、EBHA、EMA的架构、组成、特点进行了论述。
【关键词】EHA；EBHA；EMA0 前言�S着多电技术在民用飞机上的大量应用，以EHA、EBHA、EMA为代表的电动作器在民用飞机上应用越来越广泛，EHA/EBHA在空客A380和A350上的成功应用，EMA在波音787的成功应用。
EHA、EBHA、EMA最主要目的是电能系统部分取代原来的液压驱动部分，实现功率电传作动，从而减少了传统液压系统的重量和全机级的液压管路分布。
1 概念介绍EHA（Electrohydro-static actuation）电静液作动器，在民用飞机领域，EHA作为备份，在正常情况下不工作，仅当在作动器液压源失效的情况下使用。
EBHA（Electric backup hydraulic actuation）电备份液压作动器，EBHA具备两种模式，正常控制由液压驱动完成，备份模式下由电驱动完成。
在民用飞机领域，EBHA作动器在正常的飞行过程中开启工作，由液压驱动。
在失去液压能源的情况下，改用备份模式。
EMA（Electromechanical actuation）机电作动器，采用机电结构，电力作为驱动源，机械结构作为输出。
截止目前，民用飞机领域，仅波音787飞机上有EMA的应用，在787的左右4#及5#扰流板采用了EMA。
2 EHAEHA是电动静液伺服系统，EHA作动器本体由电机、电控单元、液压泵、液压油箱、检测阀、油滤、释放阀、管道和液压作动器组成，采用电机、液压泵一体化结构的集成设计制造。
其中，电机采用无刷直流270V电机，液压泵采用定量泵（Fixed displacement pump），泵完全封闭于液压油箱内，全封闭式的结构有效保证了泵在理想的条件下运行，可提供长久、免维护的使用寿命。
空客A350飞机EHA应用与故障处理探讨作者：张慧康王志良来源：《航空维修与工程》2021年第11期摘要：通过对A350飞机EHA作动器的控制原理进行分析，结合空客飞机故障隔离理论和TFU技术跟踪数据，探讨相关故障的处置方案，以快速定位和排除故障。
关键词：EHA故障；A350飞机；飞控系统；可靠性分析；排故流程图Keywords：EHA fault；A350 aircraft；flight control system；reliability analysis；troubleshooting flow chart0 引言空客公司在新型宽体客机飞控舵面备用控制方面引入了功率传动作动系统。
通过电导线以电能量的方式传输，使作动系统各个执行机构之间发生功率传输。
电作动技术即采用功率电传作动技术替代传统的液压伺服作动技术。
在飞控应用方面，电能系统要比液压系统更具优势，电能系统减少了传统液压系统部件的重量和全机的液压管路分布，提高了飞机可操纵灵敏度，增加了系统稳定性、飞机可维护性和安全性。
1 EHA与传统伺服作动器的比较A350飞机飞控驱动部分采用了双体系结构设计，即伺服液压驱动和功率电传，称为“2H/2E”体系结构。
2H是两个独立且分离的液压系统，2E使用电静液作动器（EHA）和电备份液压作动器（EBHA）两种电功率作动器，EHA用于内侧副翼、升降舵以及方向舵的备用控制，EBHA仅用于第5号扰流板备份控制，如图1所示。
传统伺服作动器由作动筒、液压伺服活门、模式选择活门和传感器组成，从飞机液压系统获取能量，高压液压油通向液压作动筒驱动工作。
电静液作动器（EHA）采用了一体化结构设计，配置自动充压的自带储压器，从机载电源网络获取能量电力作动，通过电机带动液压泵转动直接为液压作动筒提供高压液压油。
电动备份液压作动器（EBHA）由一套传统的电液伺服作动器和一套EHA结合而成，含有两个独立的能源，即传统的集中液压源和EHA所需的电源，通过模式切换独立地使用液压或电力作动。
87科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 工 业 技 术液压系统是飞机重要的二次能源系统,利用液体介质的压力,为起落架收放、刹车、转弯、飞行控制、反推装置和舱门操纵等传递动力。
现代大型客机的液压系统,额定工作压力一般为3000psi或5000psi,工作介质为阻燃磷酸酯基液压油。
一般由多套相互独立并备份的液压系统组成,是典型的多余度、大功率的复杂综合系统。
其研制需遵循严格的适航规章和工业标准规范,在我国研制并投入运营的客机,工程研制阶段后,需向中国民航总局申请,按型号合格审定程序对航空产品进行审查评审,当审定合格后,由中国民航总局颁发T C 型号合格证。
再经中国民航总局颁发PC 生产许可证后,才能进行批生产。
1 技术应用现状1.1国外技术应用水平当前客机市场,除主流传统机型空客A320与波音B737外,最新投入市场的空客A380与波音B787代表了新型客机的最新技术。
A380率先在大型客机上应用5000psi的高压技术,采用2H/2E 双体系飞行控制布局,其中2H为传统液压作动,由8台EDP和4台带电控及电保护的E M P 组成,所有E D P 通过离合器与发动机相连,单独关闭任何一个都不会影响系统级性能。
2E 为电动力的分布式电液作动器系统,由电备份静液作动器E B H A 与分散式电液能源系统LEHGS等组成。
B787同样采用5000psi工作压力,同时液压泵具有两级转速,具有智能泵源的特点,B787同时采用电机械EM A和电刹车等多电技术,减少了液压用户,提高了系统可靠性和维修性。
1.2国内技术水平近年来在高压液压系统研究方面,我国对4000psi液压系统的管路动态特性、高压液压元件的结构设计与分析、智能泵源与变压力泵源等,进行了广泛深入的研究,并取得了重要成果;已经研制了两级压力体制的液压泵,并完成了台架试验。
在新型作动器方面,我国在直接驱动式作动器的研究上取得了一定突破,完成了地面原理样机的研制,并开始在部分机型上装机试用。
多电飞机飞行控制系统可靠性分析作者：叶自清来源：《现代商贸工业》2018年第32期摘要：研究了采用“2H/2E”（两套液压源/两套电源）双体系结构作动系统的多电飞行控制系统可靠性分析。
应用可靠性框图的方法对飞机的作动系统、飞控计算机、三轴控制系统进行了可靠性分析。
在此基础上继而计算出飞控系统的可靠性，计算得出的可靠性符合安全性要求。
关键词：2H/2E；可靠性框图；作动系统；飞行控制系统中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/ki.1672.3198.2018.32.1031 绪论从20世纪80年代以来，电传操纵系统获得了极大发展，空客A320飞机采用的是带有机械备份的数字式电传操纵系统。
该系统采用五套数字计算机，而每套计算机中又有两个非相似的处理器。
综合飞控系统重量和可靠性等方面的考虑，在研究飞行控制系统可靠性时，拟采用四余度非相似数字电传飞控系统。
2 系统可靠性分析2.1 液压伺服作动器（SHA）可靠性框图模型根据液压伺服作动的系统原理图，双通道的液压伺服作动器SHA属于双余度作动系统，可靠性框图属于并联形式，两个伺服控制器并联，两个电磁阀并联，伺服控制器、电磁阀与液压缸组成串联模式。
2.2 电动静液作动器（EHA）可靠性框图模型根据电动静液作动器的系统原理图，双通道的电动静液作动器EHA可靠性框图属于并联形式，两个电机泵并联，两个蓄能器并联，两个单向阀并联，两个旁通阀并联，电机泵、蓄能器、单向阀、旁通阀与液压缸组成串联模式。
2.3 作动系统可靠性计算作动系统元部件的故障率（表1）。
单通道SHA的故障率为λSHA=8.2×10-4/h。
单通道EHA的可靠度为λEHA=3.7×10-5/h。
2.4 飞行控制计算机FCC可靠性分析每个主飞行计算机从四余度的ARINC629总线上接收信息，并完成控制律及余度管理的计算。
每套主飞行计算机又包含有4条非相似数字计算机处理器通道。
轨道交通制动系统创新技术吴萌岭;周嘉俊;田春;陈茂林【摘要】通过介绍轨道交通制动系统的发展与应用现状,对轨道交通制动系统未来的发展进行探讨和展望.具体从施加制动力的源动力和制动指令传输2个维度回顾近200年来轨道交通制动系统的发展历程,并结合飞机和汽车制动系统的发展现状,提出轨道交通制动技术发展的趋势为全电气化和智能化;重点介绍顺应这一趋势发展的轨道交通制动系统新技术——电机械制动技术,它可以完全摆脱压缩空气的限制,实现源动力与指令信号的电气化.【期刊名称】《现代城市轨道交通》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】6页(P30-35)【关键词】轨道交通;制动系统;源动力;制动指令;电机械制动【作者】吴萌岭;周嘉俊;田春;陈茂林【作者单位】同济大学,上海 201804;同济大学,上海 201804;同济大学,上海201804;同济大学,上海 201804【正文语种】中文【中图分类】U260.13+80 引言近年来，随着我国交通事业的发展，对于轨道交通载运工具的要求也日益提高。
无论是运营的高速化还是维护的智能化都对轨道车辆制动系统提出了更高的要求。
1 轨道交通制动系统的发展及其规律1.1 制动系统的发展从19世纪初蒸汽机车所采用的人力制动到今天高速列车所采用的微机控制直通电空制动系统，轨道车辆制动系统技术的每一次重大变革不外乎围绕着制动力的源动力改变或制动指令传输方式的变化。
早期蒸汽机车和车辆的制动一直采用人力制动，即制动员按照司机的笛声指令，以人力作为源动力通过转动制动手轮绞动制动钢丝，使闸瓦贴靠车轮踏面，从而产生摩擦力使得车轮转动减慢直至停止。
由于手制动机存在制动力弱，不能由司机一人操作等缺陷，很快就被非人力的制动机所替代。
1844年，英国铁路用真空制动机取代了手制动机。
真空制动机是以大气压作为制动力的源动力，利用真空度造成的负压推动制动缸带动闸瓦贴靠车轮踏面，以施加制动。
真空制动系统在机车上设有真空泵、制动阀和真空制动缸，在车辆上则仅有真空制动缸，整列车的制动缸全部用制动管连通。
______________________________________________________________________________________ 功率电传作动系统的发展趋势 1王 占 林，裘 丽 华, 李军北京航空航天大学自动化学院，100083E-mail:zhanlin.w@摘要： 机载作动系统正在向功率电传(Power-By-Wire)方向发展， 功率电传作动系统的采用将取消 飞机上既有电源又有液压源双个二次能源的结构，对机载的体系结构将有重大改变；指出功率电 传作动系统的优点，关键技术，对发展多电飞机与全电飞机的意义；介绍了功率电传作动系统的 各种方案，比较了他们的优缺点，指出电机-泵-阀复合协调控制是理想方案。
关键词：功率电传作动系统；电动静液作动器；机电作动器；复合作动器Actuation Systems Used For Power-by-wireZhanlin Wang, Lihua Qiu，Jun LiAutomatic Control Faculty.University of Aeronautics &Astronautics,Beijing.Post：100083Abstract: Airborne actuator is developing towards power by wire (PBW). Adopting PBW actuator, the double second source structure of electrical power source and hydraulic power source will be canceled on aircrafts; it will greatly change the airborne system structure. In this paper, the virtues, key technologies and the significance to develop Multi-Electric Aircraft for PBW actuator are given. The various schemes of PBW actuator are presented; their merits and demerits are compared. The conclusion is that the compound coordination control of electromotor-pump-valve with computer is an ideal scheme. Key words power-by-wire Acuation system； Electro-Hydrostatic Actuator； Electro-Mechanical Actuator； compound Actuator1. 引 言 传统机载液压作动系统由飞机集中液压能源提供功率，飞机全身布满液压管路。
目前 机载作动系统正在向功率电传(Power-By-Wire)方向发展，也即由导线传递功率，这意味着可以取消 中央集中式液压源，将给飞机机载设备的体系结构带来重大变化。
事实上，随着电机技术、材料科学、 控制科学和精密制造等学科的发展， 在不久的将来， 电力作动系统 （Electrically Powered Actuation System）或称功率电传系统有可能取代现在的传统液压作动系统。
2.机载作动系统发展趋势现代飞机上机载作动系统，几乎完全采用液压作为动力，并由飞控系统计算机进行综合控制，以操纵飞机升降舵、方向舵、襟副翼和平尾等控制舵面，实现飞行姿态和轨迹的控制。
传统的液压作动系统，由于采用集中能源，飞机全身布满液压管路除效率低、重量大、战斗生存率低 外尚有： 1） 机载液压作动系统本身的重量比明显偏大，在电传操纵飞控系统中占 60%；1本课题得到博士点科研基金资助(20020006006)。
1______________________________________________________________________________________ 中国科技论文在线 2）在费用比上明显过大，机载液压作动系统的费用在电传操纵飞控系统中占 42%；3）机载液压作动系统的可靠性也成为了整个飞控系统中的薄弱环节，致使不得不采用多余度作动系 统，这又带来了重量、体积增加等新的问题。
随着新材料、电机技术、控制技术等的发展，未来飞机上将可能采用新型的电动作动器（Electrically Powered Actuator ） 如 电 动 静 液 作 动 器 （ Electro-Hydrostatic Actuator ， EHA ） 和 机 电 作 动 器 ， （Electro-Mechanical Actuator，EMA）等，从而实现所谓功率电传作动系统。
EHA 作动器本体由电动 机、液压泵、液压油箱、检测阀、油滤、释放阀、管道和液压作动器组成。
EMA 作动器本体则由直 流无刷电动机、滚珠丝杠以及位置、速度、电压和电流监控装置等组成。
全是集成式结构。
系统，由飞机中央第二能源（电源）系统通过导线进行同作动系统之间的功率传输，不是通 过遍布机身的液压管路里的油液来传递功率。
显然，功率电传作动作动系统的采用将取消飞机上 既有电源又有液压源双个二次能源的结构。
对发展多电、全电飞机具有重要意义。
美空军提出了电动作动器计划（Electrically Powered Actuation Design，EPAD） ，首先发展的 是 EHA，这种作动器已完成在 C-141、C-130 军用运输机的飞行试验，并于 1997 年开始在 F/A-18 SRA 飞机上完成了 23.5 小时的飞行试验。
其中用于替代 F/A-18 SRA 左副翼液压作动筒的 EHA 主要性能指标如表 1[1,2]。
表 1 EHA 的主要技术指标 参数项目 作动筒伸出力 活塞杆行程 负载 负载速度 空载速度 动态刚度 响应频率 参数指标 59. 122 KN ±57.15 mm 28.134 KN 152.40 mm/sec 195.58 mm/sec 49.353 KN/mm 7 Hz(±5%负载)据 EPAD 工程师估计，当飞机的所有飞行控制舵 面均采用一体化电动作动器后，对于客机，将使飞机 燃油节省 5～9%，同时减少 30～50%的地面设备；对 于战斗机，起飞重量可减少 600～1000 磅，并使易受 轻武器攻击的机身面积减少 14%。
电动作动器，由于没有了遍布机身的液压管路， 加上一体化电动作动器易形成容错能力，使飞机具有 一系列优点：1）更好的可靠性、2）更高的生存力、3） 维修性更好、4）效率更高、5）飞机性能提高、6）大 量节省费用。
到目前为止，已进行的飞行试验说明：1） 功率电传作动器可以作为操纵战斗机关键飞行舵面的主要作动手段， 并可为高性能的多电、 全电飞机（More Electrical Aircraft，MEA）规划一个根本的电力作动计划； 2） 通过 1000h 的飞行试验证实， 功率电传作动器比目前装机使用的传统液压作动器可靠性高、 维修性更好、寿命周期费用低； 3） 功率电传作动器可用于正在研制的联合攻击战斗机 （Joint Strike Fighter， JSF） 目前， 。
Parker 公 司 的 电 动 静 液 作 动 器 ， 已 经 通 过 联 合 攻 击 战 斗 机 / 集 成 子 系 统 技 术 项 目 （ JSF/Integrated Subsystems Technology ，J/IST）验证。
图 1、2、3、4、是国外研制的几个 EHA、EMA 的外型图。
2______________________________________________________________________________________ 中国科技论文在线 图2 图1 Racal 飞行模拟器上安装的 EBHA用于 F/A-18 SRA 飞机上飞行试验的电作动器：EMA（左） 、EHA（右）图3F/A-18 SRA 上的 EHA 另一视图图4用于 JSF 的一体化电静液压作动器3______________________________________________________________________________________ 中国科技论文在线 图 5 机电作动器图 1 是美国 NASA 在 Racal 飞行模拟器上试验直升飞机上用的电动静液作动器。
是 Lucas 公 司研制作为备份系统与传统的液压系统结合的双余度电作动器（Electrical Back-up Hydrostatic Actuator，EBHA） ，并成功完成了 50 小时的飞行试验， 图 2、3 所示为在 F/A-18 SRA 飞机上完成飞行试验的 EHA、EMA 作动器。
图 4 是 Parker 公司研 制的电动静液作动器用于正在研制的联合攻击战斗机（Joint Strike Fighter，JSF） 。
图 5 为一 种机电作动器三维外形图，电动机通过滚珠丝杠减速。
功率电传国内的研究尚处于起步阶段，20 世纪 80 年代以来，北京航空航天大学先后进行了 EHA 原理样机和用于 EMA 作动器高效电机的研究研制，取得了一些成果，证实了功率电传是一种 有效、可行的技术。
南京航空航天大学已开发了小型 EMA 舵机作动器，并应用于直升机旋翼操纵， 该系统采用滚珠螺旋副和基于智能功率电路的 PWM 伺服放大器，具有较好的精度、频宽、线性度、 效率和线位移输出。
3 功率电传作动器的关键技术1). 材料、元件与集成设计制造技术 (1）高性能廉价永磁材料。
新型永磁材料能进一步减轻作动器的重量、提高性能，还能改善由于 闪电、电磁脉冲等强磁场引起的失磁作用。
目前，国外一般采用第三代稀土永磁材料制造电力作 动系统中的电动机，国内也在大力发展采用钕铁硼永磁材料的电动机，剩磁达到 0.75T，矫顽力 达到 1050kA/m，最大磁能积达到 90kJ/m3 的先进水平。
(2) 高温、 高效、 集成的大功率半导体器件。
国外大功率的金属氧化物半导体控制的可控硅 （MCT） 的电流密度可达 600A/cm2，目前第四代大功率绝缘栅双极晶体管 IGBT 也已问世，其特点是开关 器件发热减少；高载波控制，使输出电流波形有明显改善；开关频率提高，使之超过人耳的感受 范围，即实现了电机运行的静音化；驱动功率减少，体积趋于更小。
