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摘要：功率电传作动是发展多电飞机的关键技术之一，经过长时间的发展和应用，目前功率电传作动器主要包括机电与电静液两种形式。文章对于功率电传作动技术发展历程和优势进行了简要阐述，着重分析了机电作动器技术的应用特点，并研究了机电作动器的一些设计要点。
关键词：多电飞机；功率电传；机电作动器
飞机作动系统的性能直接决定着其飞行品质，目前大部分的民航飞机作动系统以液压为作动动力，在飞行过程中利用飞控计算机控制液压作动器，对舵面进行操作，实现对飞机姿态和航向的调整。目前应用较为广泛的是集中能源式液压作动技术，但是应用该技术的作动系统存在重量大、效率低以及维护成本高等劣势，而且还存在一定的液体泄漏等安全问题。功率电传作动技术则是以电能的形式进行功率传递，可以取代或减少一部分集中式的液压系统的应用，通过应用功率电传作动技术不仅有着提高作动效率、降低飞机重量以及控制维护成本的作用，还可以在一定程度上提高了飞机的安全性和可靠性。
进入新世纪以来伴随着电机技术、材料科学和控制技术的快速发展，为了适应多电飞机的发展需求，世界各国都在研究重量更轻、体积更小、拥有更高可靠性的作动系统。笔者根据目前的飞机功率电传作动现状及发展趋势，分析了机电作动器（EMA，Electromechanical Actuator）和电静液作动器（EHA，Electrohydrostatic Actuator）的技术特点，并研究了机电作动器的设计要点和问题。
一、功率电传作动技术发展历程和应用优势
早在上世纪末，空客公司在A380机型上引进了功率电传作动器，在主舵面应用了EHA，但只是作为液压动力伺服控制作动系统的备份。而波音公司的787机型则是民用多电飞机发展历程上的里程碑产品，其在除冰、起落架、刹车和发动机启动等系统上应用了电力驱动。功率电传作动器对于多电飞机的发展有十分重要的意义，具体体现为以下几点潜在应用优势：第一，增加系统的余度，进而提升了飞机的安全性；第二，模块化的设计使排除故障更加准确和便捷；第三，能够降低了机身重量，进而控制运营成本；第四，有利于进行能量管理，进而降低了飞行过程的能耗；第五，相对于传统的作动系统功率电传作动器拆装相对简单，具有较高的维护便捷性；第六，减少液压油的使用，降低了火灾和污染事故的发生概率。
在上世纪90年代，NASA和军方对功率电传作动器进行了相关的试验。在F/A-18飞机的副翼上对EHA和EMA进行了验证。验证数据表明功率电传作动系统具有更高的可靠性和易维护性。国内功率电传作动研究一直紧跟先进技术的发展趋势，在结合国内需求的前提下，参考国外技术资料对飞行控制系统进行预先研制，已经研发成功部分EHA、EMA样机，并取得了不错的效果。
二、电静液作动器
EHA的工作原理是利用电机驱动液压泵，通过改变液压泵排量的方式调整作动筒两个压腔内的压力，实现控制活塞杆位置的目的，进而驱动作动器。电静液作动系统有一下几种工作形式：第一，分析活塞杆位置和目标位置的距离，利用调整电机转速使定排量泵塞杆到指定位置。 第二，分析负载压差，利用定速马达调整变排量泵输出压力；第三，同时使用调速马达和变排量泵，分析活塞位置调整电机转速，分析负载压差调整液压泵的排量。
EHA是利用电机驱动液压系统，这样即保证了传统液压作动系统的动态特性，同时这种系统有着更短的液压管路，能够起到降低能耗的作用。但EHA是一种高度集成化的机电液系统，相较与液压系统而言，散热性能较差，而且安装尺寸也比较大，不利于飞机整体的安装布置。
三、机电作动器
EMA是利用电机作为驱动动力，经过减速得到足够的扭矩进行作动。当前大部分的EMA都使用了齿轮减速或辊子丝杠。相较EHA而言，EMA不仅结构更加简单、安装过程便捷，而且还具有维修价成本低、传动效率高等特点。但是其功率密度低、散热性能不良以及机械卡阻等问题还有待解决，此外，EMA不能实现旁通功能，每个作动器只能驱动相对应的单个舵面。随着科技的发展，永磁无刷直流电机和功率控制技术的发展，为提升EMA性能带了更多的助力，所以EMA拥有着巨大的应用优势和前景。
四、机电作动器关键设计
应用EMA能够有效的提高可靠性，降低飞机飞行的能耗和维护成本，是机电传作动系统的主要优势。但是，EMA 受自身工作原理的影响，在工作过程种不可避免的会发生单点故障，进而导致机械卡阻现象。EMA设计的关键技术包括：工作循环（Duty Cycle）、功率密度以及系统的实时监控等。
4.1Duty cycle
Duty cycle是EMA中最主要的设计要求之一。在机械角度上分析，Duty cycle能够预测分析有效负载的频率和量级，分析飞机的起落和机动的循环数量，了解作动器的疲劳特性和对于操纵力需求。在散热角度上分析，Duty cycle 可以分析预测飞机起落个机动过程中EMA的热负荷，调整散热系统控制作动器温度，实现飞行的稳定性。在电气角度上分析，Duty cycle 利用作动器输入量分析飞机飞行和机动对于功率需求，调整对功率系统的设计。
4.2 功率密度
目前大部分的EMA功率密度都不能满足设计需求（电机的功率密度需要为1Kw/lb以上）。所以在设计时大都采用频响高、惯量低及优秀可靠性的永磁直流电机。此外，双余度磁直流电机不仅具有不错的能量密度表现，还有着很高的可靠性，在设计中也有着广泛的应用。
4.3 系统监控
由于EMA在出现卡阻现象后没有办法进行故障随动，因此需要进行实时的故障监控，预防卡阻导致的作动器和结构损坏，保证飞机飞行安全性。可以通过增加安全性的管理设计保证飞行安全，例如；可以在设计中增加扭矩限制器对输出力进行一定的控制。
结语：
文章对EHA、EMA的优缺点进行了简要的分析，并研究了EMA中Duty cycle、功率密度设计要求以及系统监控等关键设计。相信随着科学技术的不断发展，功率电传作动器将将有着更为广泛的应用前景。
参考文献：
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