一种超声电机排气活门及座舱压力调节系统的制作方法

1.本技术属于航空技术领域，特别涉及一种超声电机排气活门。


背景技术：

2.座舱压力调节系统用于飞机气密座舱，根据给定的座舱压力制度，由座舱压力控制器发出指令信号，通过调节排气活门的开度大小来控制座舱的排气量，最终达到控制座舱压力及座舱压力变化率的目的，在保证飞机结构安全的前提下，最大限度的为座舱乘员提供舒适的座舱压力环境。
3.排气活门是飞机座舱压力调节系统的重要组成部分，出于控制精度问题以及安装考虑，越来越多的大型飞机在设计时采用板阀作为排气活门。目前排气活门都是执行机构，由座舱压力控制器控制活门的开度。飞机上座舱压力控制器一般会与其他控制器集成，若其他控制器故障影响到座舱压力控制器故障，排气活门将失去控制，这会危及到飞机的飞行安全。另外，飞机上使用电机用来驱动排气活门的开度，传统的电机组件通常由电动执行机构、减速器组成，结构不仅复杂性，而且增加排气活门的体积和重量。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本技术提供了一种超声电机排气活门及座舱压力调节系统，包括：
5.超声电机组件；
6.与超声电机组件连接的第一板式活门轴；
7.通过连杆组件与超声电机组件连接的第二板式活门轴；
8.其中，第一板式活门轴紧固连接第一板式活门与第二板式活门轴紧固连接第二板式活门，第一板式活门与第二板式活门具有板式活门壳体。
9.优选的是，超声电机组件包括第一超声电机、第二超声电机与第三超声电机；第一超声电机、第二超声电机与第三超声电机的输出轴为三个独立工作且同心的圆环，所述圆环呈高低不同的阶梯式分布，第一板式活门轴与超声电机组件连接处具有与所述圆环相匹配的一体式阶梯状的连接台。
10.优选的是，连杆组件为四行机构。
11.优选的是，所述四行机构为平行四边形，使第一板式活门轴与第二板式活门轴的动作一致。
12.优选的是，所述输出轴与所述连接台通过齿槽或者键槽啮合。
13.优选的是，每个所述输出轴具有独立的轴向自由度与沿轴向旋转的自由度。
14.一种座舱压力调节系统，包括权利要求1～6所述的任意一种超声电机排气活门，还包括控制组件，座舱压力传感器以及航电系统；所述控制组件分别连接所述座舱压力传感器、所述航电系统、超声电机组件，所述座舱压力传感器与所述航电系通的信号反馈于所述控制组件，所述控制组件基于所述信号控制超声电机组件，超声电机组件控制所述多余
度板式排气活门；其中超声电机组件与所述多余度板式排气活门均具有反馈电路连接所述控制组件。
15.优选的是，所述座舱压力调节系统还具有座舱压力控制面板，所述座舱压力控制面板包括人工电路与自动电路，所述人工电路连接超声电机组件，所述自动电路连接所述控制组件
16.本技术的优点包括：可以减轻板式活门的重量，超声电机小体积以及阶梯式的传动轴结构，可以实现该活门具有多余度的超声电机组件，大大降低活门的故障率。
附图说明
17.图1是一种超声电机排气活门结构图。
18.图2是超声电机多余度输出轴的截面示意图。
19.图3是座舱压力调节系统示意图。
20.其中：1-超声电机组件、2-第一板式活门轴、3-第一板式活门、4-第二板式活门轴、5-第二板式活门、6-板式活门壳体、7连杆组件、11-第一超声电机，12-第二超声电机,13-第三超声电机。
具体实施方式
21.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
22.本技术的超声电机不像传统的电机那样，利用电磁的交叉力来获得其运动和力矩。超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动来获得其运动和力矩的，将材料的微观变形通过机械共振放大和摩擦耦合转换成转子的宏观运动。在这种电机中，压电陶瓷材料盘代替了许许多多的铜线圈。与传统的电机相比，该电机可以不用减速器、传动机构就可输出较大力矩，具有结构简单、小型轻量、响应速度快、噪声低、大扭矩、低转速等优点。
23.本技术采用基于上述超声电机，发明如下装置如图1图2所述，其主要包括：超声电机组件；与超声电机组件连接的第一板式活门轴；通过连杆组件与超声电机组件连接的第二板式活门轴；
24.其中，第一板式活门轴紧固连接第一板式活门与第二板式活门轴紧固连接第二板式活门，第一板式活门与第二板式活门具有板式活门壳体。
25.超声电机组件包括第一超声电机、第二超声电机与第三超声电机；第一超声电机、第二超声电机与第三超声电机的输出轴为三个独立工作且同心的圆环，所述圆环呈高低不同的阶梯式分布，第一板式活门轴与超声电机组件连接处具有与所述圆环相匹配的一体式阶梯状的连接台，
26.第一板式活门轴顶部，即靠近超声电机组件一侧，呈阶梯型，方便多个超声电机分
别控制该轴。
27.超声电机组件直接驱动第一板式活门轴转动来控制第一板式活门的开度，第一板式活门轴与超声电机组件有一个微小间隙，若想使用第一超声电机控制板式活门运动，则可以吸合与第一超声电机对应的第一板式活门轴上的台阶型结构。
28.超声电机组件通过连杆组件间接驱动第二板式活门轴转动来控制第二板式活门的开度。连杆组件是实现第一板式活门轴、第二板式活门轴同转速的关键部件。连杆组件中分别与第一板式活门轴、第二板式活门轴接触的杆的长度相等。
29.第一板式活门和第二板式活门是同步运动的。
30.超声电机组件包含三个超声电机，分别为第一超声电机、第二超声电机和第三超声电机，这三个超声电机互为备份。若其中一个超声电机损坏，则第一板式活门轴可通过吸合其他超声电机来运动。
31.一种座舱压力调节系统，如图3所示，包括座舱压力控制面板、正压安全活门、负压安全活门、排气活门、座舱压力传感器。
32.座舱压力控制面板由模式选择开关、着陆机场高度修正器和排气活门开度手动控制开关组成。
33.当着陆机场的实际气压高度与航电系统显示的有微小差别，或航电系统无法将着陆机场高度传递给排气活门时，可通过着陆机场高度修正器进行修正或数据输入。着陆机场高度修正器的修正范围可设定为：
[0034]-300m到4200m。
[0035]
模式选择开关共有两档：人工和自动。通过模式开关选择座舱压力调节系统是人工控制模式，还是自动控制模式。在座舱压力控制面板上若选择人工控制模式，可通过调节排气活门开度手动控制开关，直接控制排气活门的超声电机，手动调节排气活门的开度。若选择自动控制模式，排气活门内部的控制组件会根据座舱内压力、外界大气压力、飞机爬升速度等，按照设计的座舱压力制度进行解算，自主控制活门的开度。
[0036]
出于控制精度问题以及安装考虑，排气活门采用板阀作为排气活门。排气活门将板式排气活门与座舱压力控制器融合到一起。
[0037]
超声电机组件中共有三个超声电机，光栅位置传感器、孤极反馈电路。其中两个超声电机用于系统自动控制模式，一个超声电机用于系统人工控制模式。
[0038]
控制组件可根据如下规范调节座舱压力：国军标规定座舱压力变化率为增压速率不超过0.67kpa/s，减压速率不超过1.33kpa/s。根据民机使用需求，飞机座舱在地面开始气密，座舱高度不超过2400m，座舱压力变化率设计值为增压速率91m/min(相当于海平面1.09kpa/min)，减压速率152m/min(相当于海平面1.83kpa/min)。
[0039]
控制组件有两个控制通道，每一个控制通道控制超声电机组件中的一个超声电机。当一个控制通道工作时，另一个控制通道处于热备份，监测工作的控制通道的操作运行。当座舱压力调节系统选择自动模式时，排气活门的控制组件开始工作。如果正在工作的控制组件出现故障，备用的控制组件就会控制活门的开度，并上报故障信息。
[0040]
控制组件选择基于模糊控制和神经网络方法优化超声电机的控制。控制组件可选择三种方式控制超声电机的运动速度：1)调节驱动器输出信号的电压；2)调节驱动器输出信号的频率；3)调节驱动器两相输出信号之间的相位差。
[0041]
根据超声电机驱动机械臂的资料显示：φ60mm的电机可在0.3s内达到稳定值，且有约0.2s的振荡，φ100mm的电机可在0.8s内达到稳定值，且振荡相对较小。为保证对超声电机运行可靠和稳定控制，控制组件必须通过检测超声电机的运行状态，采用闭环控制，调整驱动频率，使超声电机始终运行在稳定的工作状态。在超声电机上安装光栅位置传感器、孤极反馈电路将电机转过的角度及电机的位置反馈给控制组件，构成闭环调节回路，实现活门的精准定位控制。
[0042]
排气活门的排气角度可参考如下公式进行控制：
[0043]
若则
[0044][0045]
若则
[0046][0047]
排气活门转动角度α为
[0048][0049]
式中，g
k-座舱空气流量，v
c-座舱容积，dp
c-座舱压力变化量，dτ-单位时间，a
b-活门流通面积，μ
b-速度损失系数，p
c-座舱压力，t
c-座舱温度，p
h-环境压力，a-活门板总面积，α-活门转角，r-气体常数
[0050]
排气活门将活门组件的开度信息传递给航电系统，航电系统将排气活门的开度显示到飞机主显示器上，用于飞行员观察。
[0051]
座舱压力传感器是用于探测座舱内的压力，并将压力值传给排气活门的控制组件。在飞机座舱内可布置多个座舱压力传感器，使得测得的座舱压力更加真实，而且避免因座舱压力传感器故障导致系统失效。
[0052]
当座舱压力调节系统所有的控制通道均失效后，正压安全活门和负压安全活门可以保证飞机机身不被破坏。当座舱与外界大气压的压差超过规定值或出现负压时，正压安全活门或负压安全活门会打开，保护飞机结构。
[0053]
系统具有故障自检功能，且飞机能在飞行的任意时刻进行系统自检。
[0054]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。