用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置.pdf

本发明公开了一种用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其结构包括一个行星差动减速器、一个恒速传动调节器和一个空气涡轮，行星差动减速器的行星架由发动机通过齿轮传动机构驱动，与安装在行星架上的行星齿轮相啮合的中心齿轮由空气涡轮通过其齿轮传动机构驱动，安装在行星架上的行星齿轮与内齿轮相啮合，内齿轮通过与其设计为一体的运动输出齿轮，一路驱动交流发电机动力输入轴，一路通过齿轮传动机构驱动恒速传动调节器，空气涡轮的进气节流活门与恒速传动调节器的调控机构执行构件连接，控制调节进气活门开度。飞机采用本发明的恒速传动装置驱动交流发电机，可以实现发动机在不同的转速都能向交流发电机输出一个恒定的转速，为飞机提供频率恒定的交流电源，满足飞机电气化和自动化对交流电源提出的要求。

1、  一种用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其特征在于包括一个行星差动减速器、一个恒速传动调节器和一个空气涡轮，行星差动减速器的行星架由发动机通过齿轮传动机构驱动，与安装在行星架上的行星齿轮相啮合的中心齿轮由空气涡轮通过其齿轮传动机构驱动，安装在行星架上的行星齿轮与内齿轮相啮合，内齿轮通过与其设计为一体的运动输出齿轮，一路驱动交流发电机动力输入轴，一路通过齿轮传动机构驱动恒速传动调节器，空气涡轮进气节流活门与恒速传动调节器的调控机构执行构件连接，控制调节进气活门开度。

2、  根据权利要求1所述的用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其特征在于在空气涡轮进气口还设置有应急关闭进气活门。

3、  根据权利要求2所述的用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其特征在于所述应急关闭进气活门由电磁驱动机构驱动。

4、  根据权利要求1所述的用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其特征在于电磁驱动机构的驱动指令信号输入接口与离心控制开关的信号输出接口电连接，离心控制开关由空气涡轮通过齿轮传动副驱动。

5、  根据权利要求1或2或3或4所述的用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其特征在于恒速调节器包括液压油泵、调控执行机构、电磁驱动活门机构、离心驱动活门机构和液压油路，以及压差信号器，液压油泵由行星差动减速器的运动输出构件通过齿轮传动机构驱动，调控执行机构由液压油驱动运动的随动活塞和操纵空气涡轮进气节流活门的操纵杆组成，随动活塞的活塞杆与进气节流活门操纵杆的运动输入端连接，电磁驱动活门机构与压差信号器电信号连接，设置在回油路上，离心驱动活门机构由离心配重、顶杆、平衡弹簧和活门开度操纵构件组成，离心配重机构由驱动液压油泵的同一齿轮传动机构驱动。

6、  根据权利要求5所述的用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其特征在于在液压油泵为柱塞式液压油泵。

7、  根据权利要求5所述的用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其特征在于在液压油进入随动活塞右侧油腔前的油路上设置有节流嘴。

8、  根据权利要求5所述的用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其特征在于恒速调节器还设置有液压油操纵闭合的应急保护微动电门，应急保护微动电门的电信号输出端与驱动空气涡轮应急关闭进气活门关闭的电磁驱动机构电信号输出端电连接，应急保护微动电门来流油路上设置有油压监控活门。

9、  根据权利要求5所述的用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其特征在于恒速调节器还设置有提高恒速器快速反应的由游动活塞构成的均速机构，均速机构的游动活塞与调控执行机构随动活塞并联设置，由液压油驱动。

10、  根据权利要求5所述的用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其特征在于回油腔上设置有空气排放活门。

用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置
技术领域
本发明涉及飞机交流电源系统技术，更为具体地说，是涉及一种飞机交流发电机动力输入传动装置。
背景技术
随着航空技术的迅速发展，飞机的飞行速度、高度和航程等性能参数均有很大提高，因而飞机对电气化和自动化的要求也在不断提高。这样一来，原有的低压直流电源已不能满足需求。为了适应飞机飞行速度、高度和航程迅速发展的需要，在飞机上使用优点较多的交流电源系统被提上人们的面前。现在已有一些型号的飞机安装的电源系统就是交流电源系统，由发动机驱动交流发电机提供交流电。但现有的飞机交流发电机，由于发动机在运行过程中转速的变化很大，致使交流电的频率在很大的范围内变化，不符合飞机对交流供电系统的频率稳定的要求。如何解决飞机交流供电系统频率稳定，适应于飞机对电气化和自动化要求不断提高，是所属技术领域的科技人员面临的一个重要课题。
发明内容
针对现有技术的飞机交流电源系统存在的不足，本发明的目的旨在提供一种用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，以解决发动机在不同的转速下都可以向发电机输出一个恒定的转速，为飞机提供频率恒定的交流电源，以适应飞机电气化和自动化不断提高的要求。
本发明所要解决的上述技术问题，可以通过具有以下技术方案构成的恒速传动装置来实现：
本发明公开的用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其结构包括一个行星差动减速器、一个恒速传动调节器和一个空气涡轮，行星差动减速器的行星架由发动机通过齿轮传动机构驱动，与安装在行星架上的行星齿轮相啮合的中心齿轮由空气涡轮通过其齿轮传动机构驱动，安装在行星架上的行星齿轮与内齿轮相啮合，内齿轮通过与其设计为一体的运动输出齿轮，一路驱动交流发电机动力输入轴，一路通过齿轮传动机构驱动恒速传动调节器，空气涡轮进气节流活门与恒速传动调节器的调控机构执行构件连接，控制调节进气活门开度。
为了保证空气涡轮在特定情况下及时关闭其进气口，上述技术方案的恒速传动装置，在其空气涡轮进气管路上还可设置应急关闭进气活门。应急关闭进气活门可由电磁驱动机构、步进电机等驱动关闭，优先采用电磁驱动机构驱动应急关闭进气活门的关闭。电磁驱动机构的驱动指令信号，可由与空气涡轮机并列设置的且由空气涡轮通过齿轮传动副驱动的离心控制开关发出，即电磁驱动机构的驱动运动指令信号输入接口与离心控制开关的信号输出接口连接。
在上述技术方案中，所述恒速传动调节器主包括，液压油泵、调控执行机构、电磁驱动活门机构、离心驱动活门机构和液压油路，以及压差信号器，液压油泵由行星差动减速器的运动输出构件通过齿轮传动机构驱动，调控执行机构由液压油驱动运动的随动活塞和操纵空气涡轮进气节流活门的操纵杆组成，随动活塞的活塞杆与操纵杆的运动输入端连接，电磁驱动活门机构的驱动信号输入接口与压差信号器输出接口电信号连接，设置在回油路上，离心驱动活门机构由离心配重、顶杆、平衡弹簧和活门开度操纵构件组成，离心配重机构由驱动液压油泵的同一齿轮传动机构驱动。
在上述技术方案的恒速传动调节器中，所述液压油泵为容积式液压油泵，在容积式液压式油泵中优先选用柱塞式液压油泵。
在上述技术方案的恒速传动调节器中，在液压油进入随动活塞右侧油腔前的油路上设置有节流嘴。
在上述技术方案的恒速传动调节器中，还设置有液压油操纵闭合的应急保护微动电门，应急保护微动电门的电信号输出端与驱动空气涡轮应急关闭进气活门的电磁驱动机构的电信号输入接口电连接，在应急保护微动电门来流油路上设置有油压监控活门。即应急保护微动电门的电信号输入可由离心控制开关和应急保护微动电门同时提供，也可由它们分别提供。
在上述技术方案的恒速传动调节器中，还设置有提高恒速器快速反应的由游动活塞构成的均速机构，均速机构的游动活塞与调控执行机构随动活塞并联设置，由液压油驱动。
在上述技术方案的恒速传动调节器中，在回油腔上还设置有空气排放活门，以排放回油腔中的空气。
本发明还采取了其他一些技术措施。
发明揭示的用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其工作原理如下：
1、恒速传动装置的接通与关闭
发动机启动运转，其转子就要带动交流发电机转动。而发动机运转，空气涡轮并不一定要运转。要恒速传动装置工作，就必须接通与关断空气涡轮。
A接通
接通空气涡轮，首先要打开交流发电机的电门，其次还必须使发动机的高压压缩机后压力比低压压缩机后压力高(参看附图3压差信号器)。设Δp值为压差信号器的标定值。发动机的高压压缩机后压力与低压压缩机后压力压力差要达到标定Δp值，发动机运转转速n₂必须达到标定Δp值对应的发动机转速n_2慢(标定最低转速)以上。就是说要接通空气涡轮，发动机运转转速n₂必须在n_2慢以上，接通发电机电门，压差信号器接通，恒速传动调节器工作，打开空气涡轮气路的节气门，涡轮启动运转，才能与发动机通过行星差动减速器共同驱动交流发电机转动，使交流发电机稳定在额定转速运转。
B关闭
从涡轮机的接通运转可以看出，只要关闭交流发电机电门，切断电路就可以关闭空气涡轮。不关电门，高低压压气机的压力差低于Δp时，电路也断掉，空气涡轮也自动关闭。
2、恒速传动装置的传动
A、n₂<n_2慢时的传动
由于n₂<n_2慢，Δp达不到规定的压差，压差信号器不能接通电路，空气涡轮的进气节气门在恒速传动调节器的作用下是关闭的。此时，交流发电机由发动机高压转子带动运转。传动连接见附图1。
B、n₂>n_2慢时的传动
由于n₂>n_2慢，Δp等于或大于规定压差，压差信号器接通，此时接通交流发电机电门，恒速传动调节器受控而投入工作，打开空气涡轮进气节气门，使空气涡轮工作。同时恒速传动调节器还根据交流发电机的转速高低，来调节空气涡轮进气节气活门开度，使其开度相应关小和开大，以保持交流发电机转速n_交恒定。
3、恒速传动调节器工作原理
恒速传动调节器是在空气涡轮接通运转之后，用来自动地调节空气涡轮进气节气门的开度，保证交流发电机稳定在额定转速上工作，使其频率恒定；当交流发电机转速超过最大允许转速时，能产生应急关闭空气涡轮的信号，使空气涡轮关闭。
a、未接通空气涡轮之后的工作情形
恒速传动调节器的组成，如附图2所示。在空气涡轮未接通之前，由于发动机处于运行状态，发动机单独驱动交流发电机，恒速传动调节器也被带动工作。在这种情况下油泵照样泵出液压油，恒速传动调节器的离心驱动活门机构，由于其转速小于额定工作转速，在其平衡弹簧作用下，其控制回油活门处于关闭，监控回油活门开度很大。这时由于电磁驱动活门未通电，随动活塞右侧油腔通回油路，于是随动活塞在弹簧作用下处于最右端，将空气涡轮的进气节气门关闭，涡轮不参与工作；而均速机构的游动活塞在油压差作用下，也处于最右端限动钉上。由于监控回油活门是打开的，但应急保护微动电门的薄膜右侧油腔油压力较小，不会使微动电门接通，因而也不会发出应急关闭信号。
b、接通空气涡轮之后的工作情形
发动机转速在标定转速以上时，这时 Δp * = p K 2 * - p K 12 * ]]>已达到规定的压力差，压差信号器的触点已接通，只要将交流发电机电门打开，恒速传动调节器的电磁驱动活门就通电工作，电磁驱动活门的顶杆将关闭油路，切断随动活塞右侧油腔的回油路。由于停止回油，随动活塞右侧油腔的油压不断上升，随动活塞在油压力作用下克服弹簧的弹力而向左移动，活塞杆通过连杆打开空气涡轮进气节气活门，空气涡轮参与工作，使交流发电机转速逐渐增加到额定工作转速。当n_交达到额定转速时，离心驱动活门的离心配重惯性力离心力F_换算与平衡弹簧的F_弹相平衡，控制回油活门有一定的开度，使随动活塞右侧油腔油压保持一个相应的压力，空气涡轮进气节气活门处于某一开度，均速机构的游动活塞处于中间位置。如果这时发动机的状态、负荷和飞行条件均不变化，发动机转速也不变，恒速传动调节器将保持在这一状态稳定工作下去，n_交始终等于额定工作转速。空气涡轮转速也不发生变化。
而发动机的状态、负荷和飞行条件在飞机飞行过程中是不可能不变化的。只要发生变化，发动机转速亦将发生变化。发动机转速变化将立即影响到交流发电机的转速，为保持n_交不变，恒速传动调节器将随n_交变化迅速调节空气涡轮进气节气活门开度，来改变空气涡轮的转速，以达到保持n_交不变。下面具体介绍其调节的工作情形。
当n_交>额定工作转速时，F_换算>F_弹，控制回油活门开度增大，放油量增多，使节流器1之前和均速机构左侧油腔的油压力下降，均速机构的游动活塞在两边油压差的作用下向左移动，直到碰上限动钉。这时，由于游动活塞向左移动，右侧油腔容积增大，使右侧油腔压力下降，其压力下降也将立即影响到随动活塞右侧油腔油压力下降。由于随动活塞右侧油腔油压力下降，在其弹簧作用下，随动活塞向右移动，随之使空气涡轮进气节气活门关小，减小供气量，使空气涡轮转速减小，n_交增大得到遏制，从而使交流发电机可靠地稳定在额定工作转速上工作。在n_交稳定下来后，游动活塞又回到中间位置。
在随动活塞向右移动时，其移动速度取决于限流嘴的通油能力和均速机构的游动活塞的移动速度。而均速机构的游动活塞的移动速度又取决于节流器2的通油能力。当游动活塞将其衬筒上补充孔打开时，随动活塞的移动速度将加大。总之，限流嘴、节流器通油能力和游动活塞移动速度愈大，随动活塞移动速度就愈快。
当n_交<额定工作转速时，恒速传动调节器的调节动过程和上述相反。总而言之，在恒速传动调节器的调节作用下，发动机转速越低，空气涡轮进气节气活门开度越大，空气涡轮转速愈高。如果一旦油门收回慢车位置，或压差信号器不能自动断开，涡轮转速会超过正常工作范围，达到最大转速。
均速机构在恒速传动调节器调节转速过程中，起着提高恒速传动调节器的快速反应作用，可以大大缩短调节时间。因为有了均速机构，在n_交>额定工作转速时，控制活门开度变大，使通往随动活塞腔的油压力下降，产生使游动活塞向左移动，这样一来，使随动活塞油腔的油液流向两个去处：一是经节流器2流入游动活塞右腔；二是经节流器1由控制回油活门排入回油腔，从而使随动活塞的右移速度比没有均速机构提高很多，在n_交<额定工作转速时，控制回油活门开度变小，使通往随动活塞腔压力增大，首先使游动活塞向右移动，这样一来，通随动活塞压力油腔的油液有两个来处：一是来自液压油路的油液经节流器1流入随动活塞压力油腔；二是由游动活塞右腔的油液经节流器2流入，从而使随动活塞的左移速度也比没有均速机构快得多。而当n_交恢复后，游动活塞在不影响随动活塞的情况下，慢慢回到中间位置。
本发明提供提供的用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其差动减速机构在恒速传动调节器的调节作用下，能够使不同的发动机转速与空气涡轮转速合成，并以一个恒定转速输出驱动交流发电机运转，为飞机提供频率恒定的交流电源，完全能够满足飞机电气化和自动化要求。本发明的公开，解决了所属技术领域科技人员急需解决的一个重要课题，即飞机交流电源的频率难以满足飞机电气化和自动化对电源要求不断提高问题。
附图说明
附图1是本发明揭示的用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置结构示意图。
附图2是恒速传动装置组成部分的恒速传动调节器的一种结构示意图。
附图3是恒速传动调节器组成部分的压差信号器的一种结构示意图。
在上述附图中，各图示标号的指示对象：1-发动机动力输出轴；2-交流发电机；3-行星差动减速器；4-空气涡轮齿轮传动机构；5-离心控制开关；6-空气涡轮；7-空气涡轮进气应急关闭活门；8-空气涡轮进气节流活门；9-应急关闭活门电磁驱动机构；10-恒速传动调节器；11-齿轮传动机构输出轴；12-进油接口；13-滤油器；14-随动活塞；15-柱塞泵；16-动力输入轴；17-排油接口；18-回油接口；19-定压活门；20-双油路喷口；21-单油路喷口；22-监控回油活门；23-拐轴；24-最大允许转速调整螺钉；25-离心配重；26-平衡弹簧；27-额定转速调节螺钉；28-空气排放活门；29-控制回油活门；30-第一节流器；31-操作杆；32-回油腔；33-限流嘴；34-电磁驱动活门；35-应急保护微动电门；36-壳体；37-均速机构；38-第二节流嘴；39-压差信号器信号输出接口。
具体实施方式
下面结合附图说明给出本发明的一个实施例，并通过实施例对本发明的结构和工作原理作进一步的说明。有必要在这里特别说明的是，本发明的具体实施方式不限于实施例中的形式，根据本发明公开的内容，所属技术领域的技术人员还可以采取其他的具体方式进行实施，因此，实施例不能理解为本发明仅有的具体实施方式。
实施例
本实施例的用于驱动飞机交流发电机的恒速传动装置，其结构附图1、附图2和附图3所示，包括一个行星差动减速器3，一个恒速传动调节器10，一个空气涡轮6。行星差动减速器3的行星架由发动机动力输出轴1通过齿轮传动机构驱动，与安装在行星架上的行星齿轮相啮合的中心齿轮由空气涡轮通过其齿轮传动机构4驱动，安装在行星架上的行星齿轮与内齿轮相啮合，内齿轮通过与其设计为一体的运动输出齿轮，一路驱动交流发电机2，一路通过齿轮传动机构运动输出轴11驱动恒速传动调节器11。空气涡轮进气接管设置有进气节流活门8和应急关闭活门7，节流活门与恒速传动调节器10的调控机构执行构件连接，控制调节进气活门开度，应急关闭活门7由电磁驱动机构9驱动关闭，电磁驱动机构9驱动应急关闭活门7关闭的指令信号接口与离心控制开关5的信号输出接口连接，离心控制开关5与空气涡轮机并列设置，由空气涡轮通过齿轮传动副驱动。
构成恒速传动装置的恒速传动调节器10，包括柱塞式液压油泵15、调控执行机构、电磁驱动活门机构34、离心驱动活门机构、由游动活塞构成的均速机构37、应急保护微动电门机构35和将以上各部分连通的液压油路，以及空气排放活门28和压差信号器。柱塞式液压油泵15的动力输入轴16与输出行星差动减速器运动的齿轮传动机构的输出轴11联接。调控执行机构由液压油驱动运动的随动活塞14和执行关闭空气涡轮进气节流活门8的操纵杆31组成，随动活塞的活塞杆与进气节流活门操纵杆的运动输入端连接。电磁驱动活门机构34设置在回油路上，其驱动指令信号接口与压差信号器信号输出接口39电信号连接，信号未连通之前回油路与回油腔32连通，信号连通后回油路与回油腔被切断。离心驱动活门机构由离心配重25、顶杆、平衡弹簧26和活门开度操纵构件等构件组成，由驱动柱塞式液压油泵的同一转轴驱动，离心驱动活门机构分别操纵控制回油活门29和监控回油活门22的开闭，其中23为构成离心驱动活门机构的拐轴，24为最大允许转速调整螺钉，27为额定转速调节螺钉。应急保护微动电门35设置在液压油路一端，其电信号输出端与驱动应急关闭进气活门的电磁驱动机构9电信号输入端连接，在应急保护微动电门来流油路上设置有包括定压活门19、双油路喷口20、单油路喷口21和油压监控活门22构成的油压监控油路。提高恒速器快速反应的均速机构37，为游动活塞式均速机构，其游动活塞与调控执行机构随动活塞14并联设置，由液压油驱动，且在液压油进入随动活塞右侧油腔和游动活塞右侧油腔前的油路上设置有第一节流嘴33和第二节流嘴38。在回油腔上设置有空气排放活门28，以排放回油腔中的空气。12为恒速传动调节器10的油液进油接口，13是设置在油泵进口前的滤油器，17是排油接口；18是回油接口。