喷气偏流板装置执行机构运动学研究

毕玉泉，王海东，黄奎，杨炳恒

（海军航空工程学院青岛分院，山东青岛 266041）

0 引言

航母舰载机在弹射或滑跃起飞之前，首先要启动发动机。由于现在喷气式飞机发动机喷出的气流温度高、流速大，为了使起飞时发动机喷出的尾焰气流不致伤害后面的操作人员、航空装备以及后续将要进行起飞作业的飞机，更好地提高舰载机起飞作业的效率，母舰上舰面保障人员需要通过运动执行机构将喷气偏流板升起，将此高温燃气气流向舷外或向上引导，如图1所示。在美国现役航母上，MK7-0/2型喷气偏流板装置由6块水冷面板和3套运动执行机构组成，而MK7-1型喷气偏流板装置由4块水冷面板和2套运动执行机构组成。喷气偏流板运动执行机构实质上是由2组平面四连杆机构组成，本文采用解析方法对该双四连杆机构进行了喷气偏流板的位置、速度和加速度分析，并采用Visual C++平台进行了运动学仿真。

图1 标准7-0/2型喷气偏流板工作示意图Fig.1The operations diagrammatic sketch of MK7-0/2 jet blast deflector

1 MK7-0/2型喷气偏流板装置执行机构运动学分析

MK7-0/2型偏流板运动执行机构如图2所示，主要由2组铰链四杆机构组成，其中液压缸活塞组件、曲柄及旋转轴构成1组连杆机构，包括3个转动副和1个移动副。旋转臂、支柱和偏流板组成另1组四连杆机构，包括4个转动副，并且旋转臂和曲柄同轴安装在旋转轴上。当活塞在液压油的作用下伸出时，曲柄旋转，通过旋转轴带动旋转臂和支柱及偏流板运动，从而升起喷气偏流板;当液压油通过液电阀换向时，活塞杆在液压油的作用下缩回，曲柄旋转，通过旋转轴带动旋转臂和支柱及偏流板反向运动，从而将喷气偏流板放下。根据上面的分析，画出机构模型简图，如图3所示［2，4－6］。图3中，点划线表示偏流板执行机构的初始位置，实线表示喷气偏流板运动执行机构的一般位置，虚线表示偏流板执行机构的最高升起工作位置。下面针对喷气偏流板执行机构的这2组四杆机构采用解析法作运动学分析［1，3］。

图2 标准7-0/2型喷气偏流板运动执行机构Fig.2Operating gear assembly of MK7-0/2 jet blast deflector

1.1 MK7-0/2型喷气偏流板装置位置

如图4所示，曲柄AB的长度为L1，活塞杆长度为L2，液压缸长度为L3，固定支撑AC的水平距离为c，垂直距离为d，固定支撑AE的水平距离为m，垂直距离为n，曲柄的初始安装角度为θ0，旋转臂AD的长度为L4，偏流板支柱DF的长度为L5，偏流板活动铰链F到固定铰链E的距离EF长度为L6。当活塞杆在液压油的作用下移动时，曲柄旋转θ，由于曲柄和旋转臂是同轴安装的，旋转臂的转动角度也是θ，从而带动偏流板升起角度为γ。

采用解析法分别对四杆机构ABC和ADFE建立运动学方程:

从式（5）和式（8）可以看出，当活塞杆移动时，L2距离发生改变，可以确定喷气偏流板的转动角度γ。

1.2 MK7-0/2型喷气偏流板装置速度和加速度

对式（3）求导整理得:

由式（9）和式（10）可以看出，当活塞杆匀速运动时，根据式（9）可以求解曲柄的角速度，将式（9）代入

式（10），进一步可求偏流板的旋转角速度;将式（9）～式（11）代入式（12），可求得偏流板的旋转角加速度变化。

1.3 计算实例

令曲柄AB的长度L1=200 mm，活塞杆长度L2= 214 mm，液压缸长度L3=160 mm，固定支撑AC的水平距离c=515 mm，垂直距离d=142 mm，固定支撑AE的水平距离m=800 mm，垂直距离n=400 mm，曲柄的初始安装角度θ0=45°，旋转臂AD的长度L4= 515 mm，偏流板支柱DF的长度L5=652 mm，偏流板活动铰链F到固定铰链E的距离EF长度L6=800 mm，活塞的运动速度v=50 mm/s。在VC6.0开发平台下，仿真曲线如图5所示，图中X轴表示活塞杆的移动位移。曲线1表示喷气偏流板的旋转角位移变化曲线，曲线2表示角速度变化曲线，曲线3表示角加速度变化曲线。

在给出的杆长条件下，从仿真曲线可以看出，随着喷气偏流板角度的增大，偏流板的运动角速度和角加速度会同时平缓下降。即对该机构而言，在操作末端，机构运动平缓，没有运动冲击。

图5 喷气偏流板角位移、角速度、角加速度曲线图Fig.5The angular displacement and rotational velocity and angular acceleration curve diagram of jet blast deflector

2 结语

理论分析及算例表明，对于MK7－0/2型喷气偏流板运动执行机构的末端执行元件，采用解析法导出的角位移、角速度和角加速度具有显式的解析表达式，利用VC6.0软件开发平台可进行参数化运动仿真，具有简单、快捷的优点，可进一步为喷气偏流板运动执行机构的参数优化设计提供理论依据。

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