第五章執行機構控制裝置發動機控制器通過控制系統中的執行機構來控制發動機的工作狀態。現代航空發動機中，有很多執行機構控制裝置，如燃油流量控制裝置（計量閥）、矢量噴口控制裝置、風扇可調葉片控制裝置、進氣道控制裝置以及渦輪間隙主動控制裝置等。液壓缸§1液壓缸的類型及其特點

§2擺動式液壓缸

液壓缸是液壓傳動系統中的執行元件，它是將液壓能轉換為機械能的能量轉換裝置，用于驅動工作機構作直線往復運動或往復擺動。

液壓缸結構簡單、工作可靠，在各種機械的液壓系統中廣泛應用。§1液壓缸的類型及其特點

液壓缸(oilcylinder)

有多種形式，按其作用方式分類，分為單作用式和雙作用式兩大類。

單作用式液壓缸(hydrauliccylinder)是指利用液壓油推動活塞(柱塞)作一個方向運動，而反向運動則依靠重力或彈簧力等實現。

雙作用式液壓缸是指正、反兩個方向的運動都依靠壓力油來實現。

對于機床類機械一般采用中低壓液壓缸，其額定壓力為2.5～6.3MPa；對于要求體積小、重量輕、出力大的建筑車輛和飛機用液壓缸多數采用中高壓液壓缸，其額定壓力為10～16MPa；對于油壓機一類機械，大多數采用高壓液壓缸，其額定壓力為25～31MPa。

液壓缸按不同的使用壓力，又可分為中低壓、中高壓和高壓液壓缸。

液壓缸按結構型式不同，又分活塞式、柱塞式、擺動式和伸縮式等，其中以活塞式液壓缸(pistoncylinder)應用最多。

根據移動和擺動又分移動式液壓缸和擺動式液壓缸，移動式液壓缸主要指活塞式、柱塞式和多級液壓缸。一、活塞式液壓缸(pistoncylinder)

活塞式液壓缸按作用方式分有單作用、雙作用之分；雙作用又分雙作用雙活塞桿和雙作用單活塞桿。

按其安裝方式不同，又分缸固定式和活塞桿固定式兩種：

活塞缸單作用雙作用雙作用雙活塞桿雙作用單活塞桿

單作用活塞缸——工作時靠壓力油推動，返回時靠自重(或彈簧)的作用實現。1、單作用活塞式液壓缸(one-waycylinder)

1）(職能)圖形符號

雙作用活塞式液壓缸又分雙作用雙活塞桿、雙作用單活塞桿兩種；根據安裝方式不同又有缸筒固定式和活塞桿固定式兩種。

2、雙作用活塞式液壓缸(double-actingcylinder)雙作用雙作用雙活塞桿雙作用單活塞桿安裝方式液壓缸筒固定式活塞桿固定式1）雙作用雙活塞桿式液壓缸a、液壓缸固定式(如圖)

壓力油a口進入液壓缸左腔，當液壓油的作用力克服阻力后，活

塞和與之相連的工作臺一起從左向右運動，缸右腔的油液則從b口流出，4—工作臺(不屬于液壓缸組成部分)4vFvF1—缸筒2—活塞桿3—活塞

壓力油p1流量為q從a口進入缸左腔，當液壓油的作用力克服阻力后，活

塞和與之相連的工作臺一起從左向右運動，缸右腔的油(壓力為p2)液則從b口流出，若改變進油方向，即液壓油從b口流入缸右腔，缸和工作臺的運動反向。從圖中可見，這種缸工作臺的最大活動范圍是活塞有效行程L的3倍。這種安裝方式占地面積大，常用于小型機床(設備)。

b、活塞桿固定式(如圖)

圖中活塞桿2固定，缸筒1和工作臺4連接在一起，當壓力p1的液壓油從孔口a流入缸左腔，缸筒1和工作臺4從右向左運動，缸右腔的油液則從另一孔b流出，改變進油方向，右腔進油，缸體向右運動。

由圖可知，這種缸工作臺的最大活動范圍是缸有效行程L的2倍，占地面積較小，適用于中型及大型機床。

vFvF1—缸筒2—活塞桿3—活塞4—工作臺2)雙作用單活塞桿式液壓缸

如圖所示，單桿活塞缸也有缸固定式和桿固定式兩種安裝方式，無論是缸固定式還是桿固定式，其工作臺的最大活動范圍都是活塞(缸筒)有效行程L的2倍。單桿活塞缸缸固定式—缸筒—活塞桿3—活塞—工作臺單桿活塞缸桿固定式—缸筒—活塞桿3—活塞4—工作臺3、

差動油缸(cylinderwithdifferential)

p621）差動連接——當雙作用單桿液壓缸左右兩腔同時通壓力油時，由于油缸左、右兩腔的有效工作面積不相等，兩腔的推力也不相等，從而產生差動運動，這種油路的連接形式稱差動連接。（簡單定義差動連接——雙作用單桿油缸左右兩腔相互接通并同時輸入壓力油時，稱為差動連接。)

差動連接的意義：采用差動連接時，不增大油泵的供油量卻可得到較大的速度。②活塞反向運動，其速度v2差動連接不能使運動反向，反向必須非差動連接。因此要進行如下油路設計，（見右圖）反向速度v2為：這種的油路設計既可以差動連接，又可以反向運動。

A1A2Dd定義：結構尺寸滿足d=0.707D的雙作用單桿的液壓缸稱為差動油缸。其符號圖形為：2）差動油缸差動油缸的特點：1.具有雙作用單桿的液壓缸的特點；2.

具有d=0.707D結構尺寸；3.采用差動連接，并正反向運動，供油量相同時，可得到正反向運動速度相等。差動油缸的意義：

在用定量泵供油時，以無桿腔為工作油腔，采用差動連接；以有桿腔為工作油腔，不能采用差動連接，可以得到正反運動，且正反運動的速度相等。二、柱塞式液壓缸p63

1、柱塞式液壓缸的特點

柱塞式液壓缸為單作用缸，即工作時靠壓力油推動，返回靠彈簧或自重完成，這種缸內壁不需精加工、工藝性好、成本低、制造容易。常用于行程較長的場合，如導軌磨床、龍門刨床。若要求往復工作運動時，常將柱塞缸成對使用，即由兩個柱塞缸分別完成相反方向運動。

如上圖a)所示，柱塞式液壓缸只能單方向向右運動，反向退回時靠外力，如彈簧力、重力等完成。若要求往復工作運動時，常將柱塞缸成對使用，即由兩個柱塞缸分別完成相反方向運動。如圖b)所示。a)b)三、復合油缸

1、增力油缸由兩個單活塞桿缸串聯在一起，當壓力油通入兩缸左腔時，串聯活塞向右運動，兩缸右腔的油液同時排出，其推力等于兩腔推力之和，即:式中p1—進油壓力；p2—回油壓力；增力油缸

增壓油缸又叫增壓器，在液壓系統中采用增壓油缸，可以在不增加高壓能源的情況下，獲得比液壓系統中能源壓力高得多的油壓力。2、增壓油缸增壓油缸

如圖所示為一種由活塞缸和柱塞組合而成的增壓油缸，它是利用活塞和柱塞有效工作面積之差來使液壓系統中局部區域獲得高壓的。當輸入活塞缸左腔的壓力油為pa，則柱塞缸右腔輸出的壓力為pb

常有單葉片和雙葉片式兩種結構形式，(也有多葉片式的，但很少)，擺動式液壓缸由缸筒1、葉片軸2、定位塊3和葉片4組成，見圖。§2擺動式液壓缸擺動式液壓缸也稱回轉式液壓缸或擺動馬達。—缸筒—葉片軸定位塊—葉片單葉片式擺動缸—葉片雙葉片式擺動缸—缸筒葉片軸定位塊

單葉片擺動缸，其擺動角度可達，雙葉片擺缸其擺動角最大可達。雙葉片擺動缸輸出轉矩是單葉片的2倍，在同等條件下角速度則是單葉片的一半。(職能)圖形符號為：

擺動式液壓缸的主要特點是結構緊湊，但加工制造比較復雜。在機床上，用與回轉夾具、送料裝置、間歇進刀機構等；在液壓挖掘機、裝載機上，用于鏟斗的回轉機構。目前，在艦船的液壓舵機上逐步由擺動式液壓缸取代柱塞式液壓缸；在艦船穩定平臺的執行機構中，也不少采用擺動式液壓缸。

四、伸縮式液壓缸

伸縮式液壓缸又稱為多級液壓缸，是由兩個或多個活塞套裝而成。它的前一級活塞缸的活塞是后一級活塞缸的缸筒，伸出時(按活塞1、2的有效工作面積由大到小依次伸出)，可獲得很長的工作行程，縮回時(按活塞有效工作面積由小到大依次縮回)長度則較短，故結構較緊湊。

圖4—9為雙作用式伸縮缸(亦有單作用式)。伸縮式液壓缸常用于工程機械(如翻斗汽車、起重機等)和農業機械上。

由于各級活塞的有效工作面積不同，在輸入液壓力和流量不變的情況下，液壓缸的推力和速度是分級變化的：先動作的活塞速度低、推力大；后動作的推力小、速度高。活塞1活塞2表中符號：A—面積q—流量b—葉片寬R1—葉片軸半徑R2—缸孔半徑z—葉片數燃油流量控制裝置燃油流量控制裝置主要由計量閥、伺服閥、隨動活塞、位移傳感器以及等壓差閥等構成，其原理如圖所示。通過發動機燃燒室的燃油流量主要通過計量閥控制，而等壓差閥用來保持計量閥前后的壓差為常數，這樣通過計量閥的燃油流量就唯一地由計量閥的開度決定。伺服閥、作動閥、位移傳感器與發動機控制器構成電液位置伺服系統，其隨動活塞的位移輸出決定了計量閥的開度，亦即決定了燃油流量。燃油流量控制裝置原理圖矢量噴管控制裝置為了提高發動機的性能，國內外新一代航空發動機的噴口面積大多是可調的。而第四代戰斗機要求具有隱身、超聲速巡航、高機動能力和敏捷性、綜合化航電系統及良好的維修性等特征，采用帶矢量噴管的大推力發動機是必然的選擇。矢量噴管控制裝置由以下幾個部分組成：伺服閥、作動筒、連桿機構。在非矢量狀態下，該噴管僅產生軸向推力；在矢量狀態，推力方向可在0?~360?范圍內任意角度相對發動機軸線大約0?~20?范圍內偏轉，從而產生矢量推力。下圖為矢量噴管裝置：矢量噴管裝置矢量噴管簡化模型作動筒長度與矢量角、偏航角關系推力矢量情況抬前輪起飛離地速度/（m/s)時間/s距離/m速度/（m/s)時間/s距離/m不采用，無前翼88.515.6575293.716.85861采用，無前翼65.410.6036176.112.80516采用，有前翼65.410.6036176.112.50494某飛機采用和不采用推力矢量技術時的起飛滑行距離狀態無推力矢量有推力矢量法向過載角速度/(°)/s法向過載角速度/(°)/s高度0km,Ma=0.31.211.141.492.71高度3km,Ma=0.41.492.081.843.59高度5km,Ma=0.62.524.443.136.32推力矢量對飛機爬升性能的影響矢量噴管的發展和分類矢量噴管的分類矢量噴管的分類一、收—擴噴管

從常規不加力渦噴發動機開始就有固定收斂噴管，接著出現了加力渦噴/渦扇發動機的收—擴噴管，之后發展出全程可調收—擴噴管。60年代出現的“鷂”式飛機的“飛馬”發動機，噴管可轉向90°，用以產生垂直方向的推力，做垂直起降戰斗機的推進動力。72二、二元和軸對稱矢量噴管有通過偏轉鱗片改變氣流方向的二元矢量噴管（如圖1所示）和在常規收—擴噴管的基礎上研究的軸對稱俯仰/偏航矢量噴管（如圖2所示）。矢量噴管的分類73矢量噴管的分類裝二元矢量噴管的突出優點

（1）改善大迎角和低動壓條件下戰斗機的機動性和操縱性。（2）大角度俯沖時，可提高武器投射精度，飛行中可利用反推力提高飛機的縱向靈活性。（3）雙座戰斗機采用二元噴管后，與機體尾部匹配較好，可降低亞聲速和跨聲速的巡航阻力。（4）可降低紅外信號和雷達信號強度，提高隱身能力。

（5）縮短起飛和著陸距離。74矢量噴管技術簡介矢量噴管的分類它是在常規軸對稱收—擴噴管的基礎上改進的，其優點是為飛機提供俯仰/偏航能力。這種噴管的擴張段可以在周向360度范圍內偏轉17~20°，特別適用于現有的戰斗機改裝。矢量噴管的分類三、燃氣舵—燃氣流在外部轉向形式將一個或多個偏轉舵面置入飛機尾部噴管外部的燃氣流中，從而產生俯仰/偏航和橫滾矢量推力。僅在美國F/A—18大迎角研究機（HARV）和美、德聯合研究機X—31上研究機動性能，由于控制等問題短期難以解決，未投入使用。76矢量噴管技術簡介矢量噴管的發展和分類四、球面收斂調節板推力矢量噴管（SCFN）普?惠公司發展了俯和反推力多功能二元矢量球面收斂調節板推力矢量噴管（如圖3所示），現已完成初步研究和地面驗證型噴管的詳細設計。

這種多功能矢量噴管除上述優點外，還可以減小戰斗機的尺寸和重量，提高燃燒效率，從而大大增加戰斗機的作戰有效性、經濟性和使用壽命。矢量噴管的關鍵技術矢量噴管的關鍵技術矢量噴管的關鍵技術（1）常規軸對稱收—擴噴管設計使用技術（2）運用計算流體力學進行矢量噴管的內流氣動計算（3）矢量噴管結構、強度、剛度和壽命的設計計算問題（4）冷卻系統設計和