航空电动静液作动器技术浅谈
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【摘 要】随着飞机的舵面控制系统的要求进一步提高，功率电传作动技术是多电飞机区别于传统飞机的关键技术之一，功率电传作动系统的应用将取消飞机上原有的分散液压源和气压源，而采用电动静液作动器作为传动部件。本文阐述了航空电动静液作动器的技术发展概况，介绍了航空电动静液作动器的系统组成，分析比较了EHA在三种不同原理及特点，总结了EHA在飞机应用中的优势。
【关键词】电动静液作动器;EHA;功率电传
中国分类号：V19 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）17-0034-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.17.015
Discussion of Electro-Hydrostatic Actuator Technology
HAN Rui
（Shanghai SAIFEI Aviation EWIS Manufacturing Co.，Ltd.，Shanghai 201203，China）
【Abstract】With the further improvement of the requirements of the aircraft's control system，power transmission technology is one of the key technologies for multi-electric aircraft.The application of power transmission system will eliminate the original distributed hydraulic source and air pressure source on the aircraft，Electro-Hydrostatic Actuator will be used as the transmission component. This paper describes the technical development of Electro-Hydrostatic Actuator， introduces the system of Electro-Hydrostatic Actuator，and analyzes the characteristics of three different working principles，summarizes the advantages of EHA in aircraft applications.
【Key words】Electro-Hydrostatic Actuator;EHA;Power by Wire
0 引言
航空电动静液作动器（Electro-Hydrostatic Actuator，EHA）作为未来飞机的主导机载作动系统，它的设计与优化有着非常重要的意义。电动静液作动器可以使飞机的生存能力得到提高，同时可提升飞机可靠性，良好的维修性同时带来了维护费用的下降。因此釆用电静液作动器不仅可以大幅提高飞机的性能，还可以节省制造费用和维护费用。随着技术发展和成熟，对于工业及民用领域如汽车、工程机械、机器人等，电动静液驱动执行器也具有广泛地应用前景。
1 航空EHA技术发展概况
20世纪80年代，美国空军、海军和NASA认可了全电/多电飞机的概念，其中电作动器是全电/多电飞机必不可少的组成部分，所以随着全电/多电飞机的研究也快速发展起来。
EHA是最早被研究开发的一种电作动器，另外一种电作动器——机电作动器（Electro-Mechanical Actuator，EMA）也在快速发展之中。美国空军、NASA、霍尼韦尔分别资助Ai Research、Johnson空间中心等进行了电作动器的实验研究，洛克希德公司在C141和C130运输机上对电作动器进行了飞行测试，包括多种功率级别和原理架构的EHA和EMA。
到了20世纪90年代，美国在积累了多种电作动器研究经验之后，重点在F-18上测试了定排量变转速EHA和双电机-减速器-滚珠丝杠式EMA，取得了良好的效果。欧洲也开展了电作动器研发项目，将EHA装在A321副翼上进行了飞行测试。到了21世纪初，欧美最新服役的飞机都不同程度正式应用了电作动技术，美国F35战斗机主飞控舵面全部采用EHA作动，B787民机在次飞控舵面应用了EMA。欧洲的A400M和A380在主飞控舵面都采用了EHA作为备份舵机。
目前，航空EHA已经成功应用于飞机主飞控舵面，相对常规液压作动有优势明显，在航空领域必将成为主导技术之一。空客公司提出将致力于与飞机同寿的EHA研发，使其能作为主飞控的主作动器，而不仅只作为备份。
2 电动静液作动器工作原理
ISO组织在2005年公布了第1版航空EHA需求规范标准（ISO 22072），2011年修订了第2版，给出了EHA典型架构。标准中指出，EHA为双向电机驱动双向液压泵的形式，并且電机、泵、电子模块可以组装成为一个标准的集成电静液模块。
集成电动静液作动系统由EHA控制器、电机驱动模块、液压泵、增压油箱及集成阀块、作动筒等组成，系统接受飞机控制器的控制指令，并反馈电流信号、转速信号、液位信号、负载压力信号、位移信号等关键传感器信息至控制器，电动机按照EHA控制器和伺服驱动模块发出的驱动控制信号正反向旋转，驱动液压缸正反向运动。EHA电机由飞机提供270VDC直流电源，电机的调速范围为500-10000r/min，电机尖峰功率10-15KW。为保证电动静液作动器的安全性与可靠性，EHA采用双冗余架构，即作动器上集成两组电机及液压泵。 目前电静液驱动执行器有三种典型工作原理：
（1）定转速变排量工作：驱动电动机为变量泵提供恒定转速，由伺服阀和变量油缸组成的变量机构来改变液压泵的斜盘倾角，实现排量调节，最终使系统流量满足负载的要求。采用这种方式，即使在空载或小负载运行时，电机依然保持很高的转速，造成大量能量浪费，效率不高，此外变排量机构相对复杂，会带来额外的可靠性隐患。
（2）变转速定排量工作：定量泵的斜盘倾角是固定的，通过调节伺服电机的转速来控制系统流量以改变作动筒速度。这种原理结构简单，但由于定量泵的排量固定，电机转速成为唯一可控参数来满足驱动负载的需要，大转速范围内对电机的性能要求很高，很难实现效率、动态特性和功重比等性能的同时最优。
（3）变转速变排量工作：同时调节电机转速和变量泵排量，这种双变量调节方式控制灵活度最高，有望获得全局性能最优，一方面可提高系统动态响应，另一方面使电动机功率与系统需求匹配，提高系统能效。但其代价是结构复杂度和重量上升，可靠性下降。
3 电动静液作动器的优势
电动静液驱动执行器作为一种作动方式，可以有效地对飞机航面进行控制，并且对于多电甚至全电飞机的发展打下了良好的基础。针对无人飞机的特点，电静液驱动执行器由于不需要庞大的液压辅助系统，更适合于小尺寸无人飞机的灵巧布局及控制需求。此外，与多电飞机用的另一种机电作动器（EMA）相比，EHA还具有以下优势：
（1）电动静液作动器功率密度大，是机电作动器的10-30倍。
（2）电动静液作动器的电机和泵可以做成一体，泵的泄露油液可直接对电机润滑、冷却，与EMA相比，可以更好地解决系统发热问题。
（3）电动静液作动器对飞机系统现有结构改动量小，在有限空间内可以随控布局，而EMA的电机、减速器和丝杠位置相对固定不能随意改变。
4 结束语
电动静液作动器（EHA）由于集成度高、功重比大、可靠性高、效率高、安装维护性好等优点，可替代传统集中油源阀控液压作动系统，被广泛应用于多电飞机功率电传系统中。变转速变排量的工作模式相对于定转速变排量、变转速定排量的工作模式具有很大的优势，在动态特性与功率匹配方面有较好的调节性能，目前EHA已越来越趋向于采用变转速变排量原理结构，在结构简化、减小重量及提高可靠性方面必将成为下一步提高EHA性能的研究重点。
【参考文献】
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