噴氣偏流板裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)研究

畢玉泉，王海東，黃奎，楊炳恒

（海軍航空工程學(xué)院青島分院，山東青島 266041）

0 引言

航母艦載機(jī)在彈射或滑躍起飛之前，首先要啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。由于現(xiàn)在噴氣式飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的氣流溫度高、流速大，為了使起飛時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的尾焰氣流不致傷害后面的操作人員、航空裝備以及后續(xù)將要進(jìn)行起飛作業(yè)的飛機(jī)，更好地提高艦載機(jī)起飛作業(yè)的效率，母艦上艦面保障人員需要通過(guò)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將噴氣偏流板升起，將此高溫燃?xì)鈿饬飨蛳贤饣蛳蛏弦龑?dǎo)，如圖1所示。在美國(guó)現(xiàn)役航母上，MK7-0/2型噴氣偏流板裝置由6塊水冷面板和3套運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，而MK7-1型噴氣偏流板裝置由4塊水冷面板和2套運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。噴氣偏流板運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是由2組平面四連桿機(jī)構(gòu)組成，本文采用解析方法對(duì)該雙四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了噴氣偏流板的位置、速度和加速度分析，并采用Visual C++平臺(tái)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)7-0/2型噴氣偏流板工作示意圖Fig.1The operations diagrammatic sketch of MK7-0/2 jet blast deflector

1 MK7-0/2型噴氣偏流板裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

MK7-0/2型偏流板運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖2所示，主要由2組鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)組成，其中液壓缸活塞組件、曲柄及旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成1組連桿機(jī)構(gòu)，包括3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和1個(gè)移動(dòng)副。旋轉(zhuǎn)臂、支柱和偏流板組成另1組四連桿機(jī)構(gòu)，包括4個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，并且旋轉(zhuǎn)臂和曲柄同軸安裝在旋轉(zhuǎn)軸上。當(dāng)活塞在液壓油的作用下伸出時(shí)，曲柄旋轉(zhuǎn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂和支柱及偏流板運(yùn)動(dòng)，從而升起噴氣偏流板;當(dāng)液壓油通過(guò)液電閥換向時(shí)，活塞桿在液壓油的作用下縮回，曲柄旋轉(zhuǎn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂和支柱及偏流板反向運(yùn)動(dòng)，從而將噴氣偏流板放下。根據(jù)上面的分析，畫(huà)出機(jī)構(gòu)模型簡(jiǎn)圖，如圖3所示［2，4－6］。圖3中，點(diǎn)劃線表示偏流板執(zhí)行機(jī)構(gòu)的初始位置，實(shí)線表示噴氣偏流板運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的一般位置，虛線表示偏流板執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最高升起工作位置。下面針對(duì)噴氣偏流板執(zhí)行機(jī)構(gòu)的這2組四桿機(jī)構(gòu)采用解析法作運(yùn)動(dòng)學(xué)分析［1，3］。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)7-0/2型噴氣偏流板運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)Fig.2Operating gear assembly of MK7-0/2 jet blast deflector

1.1 MK7-0/2型噴氣偏流板裝置位置

如圖4所示，曲柄AB的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，活塞桿長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，液壓缸長(zhǎng)度為L(zhǎng)3，固定支撐AC的水平距離為c，垂直距離為d，固定支撐AE的水平距離為m，垂直距離為n，曲柄的初始安裝角度為θ0，旋轉(zhuǎn)臂AD的長(zhǎng)度為L(zhǎng)4，偏流板支柱DF的長(zhǎng)度為L(zhǎng)5，偏流板活動(dòng)鉸鏈F到固定鉸鏈E的距離EF長(zhǎng)度為L(zhǎng)6。當(dāng)活塞桿在液壓油的作用下移動(dòng)時(shí)，曲柄旋轉(zhuǎn)θ，由于曲柄和旋轉(zhuǎn)臂是同軸安裝的，旋轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度也是θ，從而帶動(dòng)偏流板升起角度為γ。

采用解析法分別對(duì)四桿機(jī)構(gòu)ABC和ADFE建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程:

從式（5）和式（8）可以看出，當(dāng)活塞桿移動(dòng)時(shí)，L2距離發(fā)生改變，可以確定噴氣偏流板的轉(zhuǎn)動(dòng)角度γ。

1.2 MK7-0/2型噴氣偏流板裝置速度和加速度

對(duì)式（3）求導(dǎo)整理得:

由式（9）和式（10）可以看出，當(dāng)活塞桿勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)式（9）可以求解曲柄的角速度，將式（9）代入

式（10），進(jìn)一步可求偏流板的旋轉(zhuǎn)角速度;將式（9）～式（11）代入式（12），可求得偏流板的旋轉(zhuǎn)角加速度變化。

1.3 計(jì)算實(shí)例

令曲柄AB的長(zhǎng)度L1=200 mm，活塞桿長(zhǎng)度L2= 214 mm，液壓缸長(zhǎng)度L3=160 mm，固定支撐AC的水平距離c=515 mm，垂直距離d=142 mm，固定支撐AE的水平距離m=800 mm，垂直距離n=400 mm，曲柄的初始安裝角度θ0=45°，旋轉(zhuǎn)臂AD的長(zhǎng)度L4= 515 mm，偏流板支柱DF的長(zhǎng)度L5=652 mm，偏流板活動(dòng)鉸鏈F到固定鉸鏈E的距離EF長(zhǎng)度L6=800 mm，活塞的運(yùn)動(dòng)速度v=50 mm/s。在VC6.0開(kāi)發(fā)平臺(tái)下，仿真曲線如圖5所示，圖中X軸表示活塞桿的移動(dòng)位移。曲線1表示噴氣偏流板的旋轉(zhuǎn)角位移變化曲線，曲線2表示角速度變化曲線，曲線3表示角加速度變化曲線。

在給出的桿長(zhǎng)條件下，從仿真曲線可以看出，隨著噴氣偏流板角度的增大，偏流板的運(yùn)動(dòng)角速度和角加速度會(huì)同時(shí)平緩下降。即對(duì)該機(jī)構(gòu)而言，在操作末端，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平緩，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)沖擊。

圖5 噴氣偏流板角位移、角速度、角加速度曲線圖Fig.5The angular displacement and rotational velocity and angular acceleration curve diagram of jet blast deflector

2 結(jié)語(yǔ)

理論分析及算例表明，對(duì)于MK7－0/2型噴氣偏流板運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的末端執(zhí)行元件，采用解析法導(dǎo)出的角位移、角速度和角加速度具有顯式的解析表達(dá)式，利用VC6.0軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)可進(jìn)行參數(shù)化運(yùn)動(dòng)仿真，具有簡(jiǎn)單、快捷的優(yōu)點(diǎn)，可進(jìn)一步為噴氣偏流板運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

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