|
01 “金句”
《涡轮发动机飞机结构与系统》（ME-TA）（上）（第2版）（下称“执照书”）P99有一句不太起眼的话，个人觉得，含金量其实很大，有可能会变成一道口试题，或者至少是口试题的补充提问。
这句话是：变量泵具有自动卸载功能，因此设计系统时不用再考虑其卸载问题。为什么说它含金量大呢？
第一、这句话的后边加上三个字“为什么？”就变成一道很难的口试题，但又无法在执照书找到答案。
第二、要完整回答这道题，需要真正了解液压系统，要求理解以下知识：
- 排量、流量、压力、负载，以及这些概念的关系；
- 变量泵的类型 - 变量泵的实例 - 变量泵的不同工作模式（工况）
所有这些知识点在执照书上都有，但是要串起来，既要求对液压系统的知识理解得透彻，又要求具备工作经验或机型知识。
02 简明版答案
以下先给出一个方便应试的简明版参考答案：
变量泵是输出排量可以调节的液压泵。以B737NG的发动机驱动泵（EDP）为例，泵内部补偿活门内的弹簧决定了额定输出压力。当实际输出压力大于额定输出压力时，泵出口的超压液压油自动推动补偿活门，并进一步推动斜盘作动筒，使斜盘回到中立位，从而各个柱塞的行程减少到0，总排量和输出流量为0。由于输出功率和输出流量成正比，此时输出功率降低为0，这就完成了自动卸荷。
答案要点： - 补偿活门 - 超压液压油 - 柱塞行程减少为0 - 卸荷即输出功率为0
▲ 超压液压油依次推动1和2，2推动3，3带动4
03 补充提问/扩展知识
为了应对补充提问，同时也为真正学会，建议梳理以下知识。这些知识一部分来自于执照书，一部分来自于B737NG的SDS和SCMM。
（1）卸荷：在系统运转时，使功率为0
当动力输入恒定时，液压泵便不停地运转，但液压用户的工作是间歇的。（P127）当液压用户需要工作时，液压泵有负载，应该有较高的输出功率，但液压用户不需要工作时，液压泵没有负载，应该没有输出功率。在系统运转的情况下控制输出功率，使之降下来（直至0）的过程，就是卸荷（卸载负荷）。（P91、P98）
压力取决于负载。（P91）
在感受到超压/超负载的情况下，实现自动卸荷，可以保护液压泵和相关系统的安全。
（2）不输出压力的流量，不输出功率
液压泵的输出压力取决于液压泵用户（舵面、升降舵等等）反馈过来的负载。（P91）如果没有用户需求，那么在忽略功率损失（无泄漏、无摩擦）的情况下，液压油只是不停地流动，再大的流量也不输出功率。
那么如何产生用户需求呢？实际上是通过一系列控制元件（P99-101）改变液压油的方向，使之流向用户，从而遇上阻力。接下来，液压系统的任务就是克服用户的阻力使之运动。这就是“压力取决于负载”（P91）
（3）控制排量/流量，就是控制功率
功率等于流量和压力的乘积。（P93） 流量等于排量和转速的乘积。（P92） 因此，要给液压泵卸荷（控制功率），即控制以下3个变量： - 排量 - 转速
- 压力
对于任何有恒定机械能输入的变量泵，转速可认为是恒定的；而泵的输出压力取决于负载（P91），是不可控制的被动量。因此以上3个变量中，实际上仅有排量/流量可以用于控制输出功率。
（4）B737NG的EDP如何自动卸荷
变量泵是输出排量可以调节的液压泵（P95）。B737NG的EDP是一个典型的变量泵。（执照书未明确指出，但P127举例的正是B737NG的EDP）
当电门在ON时，EDP在泵内补偿活门的控制下进行供压和卸载。（P127）补偿活门内的弹簧决定了额定输出压力，当实际输出压力大于额定输出压力，泵出口的液压油推动补偿活门，并进一步推动斜盘作动筒，使斜盘回到中立位，各作动筒的行程减少到0，总排量和输出流量为0。（P97）
▲ 超压油依次推动1和2，2推动3，3带动4
（5）不同变量泵的比较
典型的变量泵，以B737NG的发动机驱动泵（EDP）为例，其转速由发动机转子转速决定，可以认为是恒定的，当实际输出压力超过输出压力时，自动调节排量来卸荷。B737NG的EMDP的自动卸荷，原理上完全相同。
两种泵的区别仅在于机械能的直接来源不同，EDP直接来源于发动机转子，而EMDP来源于对面发动机的发电机，因而两者的转速都是由发动机决定的。
B737NG的备用EMDP使用115V的交流马达作为机械能的来源，自动卸荷的细节与EDP和EMDP不同，但最终也是通过减小各个柱塞的行程来改变泵的排量，从而实现卸荷。实现这个过程的关键是补偿器。技术细节见于SCMM。
（6）最关键的机构：补偿活门/补偿器
无论是补偿活门还是补偿器，其功能都是感受出口处的输出压力，在超压时利用一个液压油支路来推动泵内部的一系列部件，最终改变活塞的总行程，从而调节泵的排量/流量，实现卸荷。
不难想见，这个支路的截面可以很小，因为它的作用在于传递压力。根据帕斯卡原理（P82），压力与管道的截面积无关。
对于B737NG的EDP和EMDP，补偿活门属于压力控制元件中的“直动式溢流阀”（P102-103）
（7）并非一切变量泵都可以自动卸荷
事实上，P99所说的可以自动卸荷的变量泵，特指飞机上的变量泵，尤其是发动机驱动泵（EDP）。如前所述，实现卸荷是为了实现液压系统的安全，是需求所致，意味着较为复杂的设计。
变量、卸荷都是人为设计，两者是可以分开的。例如一种名为“单作用叶片泵”，通过改变偏心距来改变排量。这种泵又可以有不同的结构形式，其中确实有一种“压力补偿”型，具备自动卸载的功能，而手动变量、稳流量则不具备。单作用叶片泵可能不多见于航空器，这里不赘述。
04 流量-压力特性曲线
以下文字和图片来自P97。提醒一点：流量与压力的乘积，等于功率。
柱塞泵的压力流量特性如图2.3-6所示：当系统压力尚未超过规定值P1时，液压泵始终处于最大供油状态（斜盘角度不变段），但由于它的泄漏损失和填充损失是随着泵出口压力增大而增大的，所以系统压力增大时，泵的流量将稍有降低。当系统压力大于P1（额定压力，即泵内压力补偿活门调定压力）时，流量开始显著降低（斜盘角度变化段），直到压力增大到P2，流量即下降到零，油泵处于功率消耗最小的卸荷状态。在泵特性曲线中，A点为泵空载点（压力为零，流量最大），B点为功率最高点（输出流量和压力均很高），C点为卸荷工作点（压力最高，输出流量为零）。
在液压系统工作时，柱塞泵的工作压力在P1至P2间变化。由于P1与P2非常接近， 即柱塞泵工作时压力近似恒定，其流量则随着工作系统工作状态的变化而改变，因此这种变量控制方式被称为“恒压变量控制”。
| 
液压A、B系统串油的原理
5月执照培训活动
NG飞机液压油交输方法
M5知识点，熟记后M5必过
发表于 2019-7-9 22:13:25
楼主