摘要
冲压空气涡轮（Ramjet air turbine，RAT）在紧急情况下释放能够为飞机提供所需的电能和液压动力，从而保证飞机安全。RAT系统能否在规定时间内顺利释放是保证飞机安全的关键，其释放速度主要靠作动筒的阻尼孔来控制，但是目前国内在RAT作动筒阻尼孔的设计方面缺乏研究。为此，利用仿真技术，开展了RAT系统作动筒阻尼孔的设计研究。首先根据RAT作动筒的结构和工作原理，使用AMESim建立了RAT作动筒模型，并验证了模型的正确性。AMESim是一种基于物理模型的建模仿真平台，其中包含液压元件设计库、动力传动库等，在液压系统的建模仿真方面应用十分广泛。然后通过仿真试验，研究了阻尼孔的设计对RAT释放时间的影响规律及程度。最后，针对支线飞机和小型飞机的RAT释放时间要求（0.6~0.8 s），对阻尼孔进行了最优设计，从而为RAT系统作动筒阻尼孔的设计工作提供支持。
冲压空气涡轮能够在紧急情况下释放为飞机提供电能和液压动力，保证飞机安
目前国内外对于阻尼孔系统的研究主要是针对阻尼孔数量、直径、长度和开孔角度等对液压阀、阻尼器或其他元件特性的影
针对上述问题，通过理论研究和仿真建模的方法，从阻尼孔的数量、直径、间距、位置等方面，研究了作动筒阻尼孔设计对RAT释放时间的影响规律和程度，为RAT系统作动筒阻尼孔的设计提供支持。
飞机正常飞行时，RAT整体安装在机上的RAT舱内，如果遭遇紧急情况，作动筒的上位锁会被解除。然后，在弹簧力和负载的作用下，作动筒向外展开伸出，从而推动RAT系统的释放。在RAT释放到位后，下位锁定机构会实现装置的下位锁
RAT系统展开前后状态如
图1 RAT系统展开前后状态
Fig.1 RAT state before and after deployment
图2 RAT释放过程作动筒工作原理
Fig.2 Working principle of RAT actuator in releasing process
RAT系统作动筒结构如
图3 RAT系统作动筒结构
Fig.3 Structure of RAT actuator
由
在函数关系元件中输入负载随位移的关系式，将输出信号改变方向之后，再通过力转换器将信号转化为力，从而对回路施加负载。
最终建立的RAT作动筒模型如
图4 RAT系统作动筒模型
Fig.4 Actuator model of RAT
在民机RAT系统作动筒中通常使用的液压油是蓝
预压弹簧的参数设置如
移动活塞缸位移用来表示，弹簧力用表示。
移动活塞缸位移低于25 mm时，等效弹簧弹力为
| （1） |
移动活塞缸位移高于25 mm时，等效弹簧弹力为
| （2） |
基于某研究所的风洞试验数据，获得两种工况（工况1和工况2）下RAT负载与移动活塞缸位移的对应关系分别如
| （3） |
| （4） |
式中：位移传感器的信号单位为m，负载的单位为N。其中工况1是指飞机的电源系统、液压系统或其他系统出现轻微故障，对飞机飞行造成轻微影响，飞机的飞行姿态仍能够得到控制的情况。工况2是指飞机的电源系统、液压系统或其他系统出现严重故障（如发动机空中停车），飞机已无法正常飞行的严重紧急情况。
通过某研究所的风洞试验，得到某RAT系统释放试验的试验条件和试验结果，如
对此，本研究设置了和
与试验1、2对应仿真试验的移动活塞缸位移变化曲线分别如
图5 试验1对应试验移动活塞缸位移变化曲线
Fig.5 Displacement curve of the moving piston cylinder in Test 1
图6 试验2对应试验移动活塞缸位移变化曲线
Fig.6 Displacement curve of the moving piston cylinder in Test 2
试验结果对比如
研究各阻尼孔设计因素对RAT释放时间的影响规律及程度，采用的是单一变量法，即研究其中一个阻尼孔设计因素的同时保持其他参数为初始值。阻尼孔设计因素主要分为3方面，即阻尼孔数量、直径和间距。
RAT释放时间一般要求为0.5~1.5 s，并且无论在何种工况下，RAT的释放时间均应满足要求。为方便研究，试验结果只取在两种工况下，释放时间均小于2 s的试验结果。
阻尼孔的直径取1.2 mm，阻尼孔的间距取5 mm，阻尼孔数量设置为2~7个。试验结果如
图7 RAT释放时间随阻尼孔数量变化曲线
Fig.7 Releasing time curves of RAT with the number of orifices
由试验结果可知，随着阻尼孔数量的增加，RAT系统的释放时间越来越短，而且对RAT释放时间的影响程度越来越小。
分别研究相同大小及不同大小阻尼孔直径对RAT释放时间的影响规律和程度。
阻尼孔的数量取5，阻尼孔的间距取5 mm，阻尼孔直径范围为0.5~1.5 mm，步长为0.05 mm。
试验结果如
图8 RAT释放时间随阻尼孔直径变化曲线
Fig.8 Releasing time curves of RAT with the diameter of orifice
本节是研究不同位置的阻尼孔直径大小对RAT释放时间的影响规律和程度。
将阻尼孔的数量设置为5，间距设置为5 mm，设置一个单独的直径较小的阻尼孔（4个阻尼孔直径设置为1.2 mm，一个阻尼孔直径设置为0.8 mm），使直径较小的阻尼孔的位置逐渐接近作动筒行程末端。试验结果如
图9 直径较小阻尼孔处于不同位置对应试验的RAT释放时间变化曲线
Fig.9 Releasing time curves of RAT with the smaller diameter orifice in different positions
在
阻尼孔的数量取5，直径取1.2 mm，阻尼孔间距范围为3~9 mm，步长为1 mm。
试验结果如
图10 RAT释放时间随阻尼孔间距变化曲线
Fig.10 Releasing time curves of RAT with the separation distance of orifices
设置试验条件时，应注意：
（1） 应设置对照试验组，用以确定RAT释放时间的变化；
（2） 3种变量应成相同比例变化，并且各组试验的RAT释放时间的相对变化为同增长或同减少的，以便于比较3种因素影响程度的大小。
试验条件设置如
试验结果如
对于一些飞行高度较低的支线飞机或小型飞机，其飞行速度是较小的，当飞机完全失去动力源的时候，其下坠速度更快，时间更短，所以需要加快RAT系统的释放，同时为了减少机械冲击，RAT系统的释放时间不应过短。
经过调研，通过对RAT释放所造成的机械冲击进行评估，发现为保证RAT及其他飞机结构不发生损坏，RAT释放时间不应小于0.5 s。同时通过对小型飞机完全失去动力源的情况进行数据分析，发现为保证飞机不会完全失控，需要在1 s内重新为飞机提供动力源。故为保证安全，该研究所指出RAT释放时间的最佳设计为0.6~0.8 s。
由第4节的仿真结果可知，阻尼孔的数量为5，直径为1.4 mm，间距为5 mm时，工况1对应的RAT释放时间为0.77 s，工况2对应的RAT释放时间为0.674 s，符合上述最佳设计要求。因此，可以以该设计为基础，对阻尼孔参数进行调整，以实现RAT作动筒阻尼孔的最优设计。
对此，提出3种阻尼孔设计方案，如
本文首先对RAT作动筒的结构及其工作原理进行了研究，使用AMESim建立了RAT作动筒模型，并为模型中各元件设置了参数。之后依照已做的RAT释放试验进行了仿真试验，试验误差在6%以内，验证了模型及参数设置的正确性。然后根据RAT释放时间的一般要求（0.5~1.5 s）,通过仿真试验，研究了RAT作动筒阻尼孔的设计对RAT释放时间的影响规律及程度。最后针对支线飞机和小型飞机对RAT释放时间的要求（0.6~0.8 s），对RAT作动筒阻尼孔进行了最优设计，为RAT系统作动筒阻尼孔的设计工作提供了支持。
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