Электрогидравлический рулевой привод

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 

 
 

Электрогидравлический 
рулевой привод 

Методические указания 
к лабораторной работе по курсам 
«Расчет и конструирование элементов автопилотов» 
и «Автоматическое управление летательными аппаратами» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

УДК 629.7.05 
ББК 39.52:39.57 
        Э45 
 
Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/177/book1073.html 
 
Факультет «Информатика и системы управления» 
Кафедра «Приборы и системы ориентации, стабилизации и навигации» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом 
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний 
 
Авторы: 
А.А. Малахов, А.В. Мищенко, Н.Н. Фащевский, В.Г. Чернышов 
 
Рецензент 
канд. техн. наук, доцент Г.И. Ревунков 

  
 
 
      Электрогидравлический рулевой привод : методические 
указания к лабораторной работе по курсам «Расчет и конструирование элементов автопилотов» и «Автоматическое управление летательными аппаратами» / А. А. Малахов, А. В. Мищенко, Н. Н. Фащевский и др. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 
2015. — 16, [4] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-4087-0 

 
В методических указаниях рассмотрены метод и последовательность экспериментального определения одной из характеристик электрогидравлического 
рулевого привода. Данный лабораторный практикум входит в программу профессионального цикла учебного плана «Расчет и конструирование автопилотов» 
по УМКД.ИУ2-51.2010/2011. Он необходим для приобретения студентами практических навыков проектирования бортовых систем автоматического управления летательными аппаратами различного назначения.  
Для студентов технических вузов. Могут быть полезны для курсового и 
дипломного проектирования. 
 
 
УДК 629.7.05 
ББК 39.52:39.57 
 
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015 
 Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-4087-0                                                МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015 

 Э45 

СОДЕРЖАНИЕ 

Предисловие  .........................................................................................  
4 
Условные обозначения  .................................................................  
4 
Назначение и принцип действия привода ...................................  
5 
Особенности конструкции электрогидравлического рулевого  
привода  ..........................................................................................  
8 
Анализ динамики электрогидравлического рулевого привода   
11 
Описание лабораторной установки  .............................................  
12 
Порядок выполнения работы  .......................................................  
15 
Содержание отчета  .......................................................................  
17 
Контрольные вопросы  ..................................................................  
18 
Литература  .....................................................................................  
19 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Проектирование приборов и агрегатов системы стабилизации 
полета летательного аппарата проводят исходя из свойств объекта 
управления. Настоящая работа посвящена этому сложному процессу. Рулевой привод является неотъемлемой частью системы управления летательным аппаратом. 
В работе рассмотрены элементы конструкции, принцип действия электрогидравлического рулевого привода летательного аппарата крылатого типа. В экспериментальной части предложены метод и последовательность определения одной из характеристик 
данного рулевого привода на примере серийной рулевой машины. 
Это необходимо для приобретения студентами практических навыков проектирования бортовых систем автоматического управления 
летательными аппаратами различного назначения. 
Цель лабораторной работы — ознакомиться с конструкцией 
электрогидравлического рулевого привода (ЭГРП) самолета и 
принципом его работы; экспериментально определить скоростную 
характеристику ЭГРП на опытной лабораторной установке. 

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 

ДОС — датчик обратной связи 
ЛА — летательный аппарат 
РМ — рулевая машина 
СП — сервопривод 
ЭГРП — электрогидравлический рулевой привод 
ЭМП — электромеханический преобразователь 

НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРИВОДА 

Системы управления современными самолетами вне зависимо
сти от их класса и предназначения представляют собой комплекс 
взаимосвязанных и взаимодействующих агрегатов. Качество и точность стабилизации движения летательного аппарата (ЛА) на заданной траектории в основном определяются статическими и динамическими характеристиками сервопривода (СП) в целом и его 
элементов. В общем случае СП — замкнутая система регулирования с жесткой структурой, которая независимо от принципа работы 
ее элементов включает в себя следующие основные части (рис. 1): 

суммирующее устройство (СУ) — принимает входной управ
ляющий и другие сигналы; 

усилительно-преобразующее устройство (УПУ) — преобразу
ет и корректирует управляющий сигнал для обеспечения требуемой динамики СП, а также увеличивает его мощность до уровня, 
достаточного для работы РМ; 

рулевая машина (РМ), или рулевой привод, — преобразует 

энергию (обычно электрическую) в механическое перемещение выходного вала РМ в соответствии с сигналом управления; 

гидроусилитель (ГУ), или бустер, — является гидравлической 

машиной и позволяет существенно увеличить усилие на выходном 
валу для преодоления шарнирного момента 
ш
M  соответствующего 

руля ЛА для отклонения его на угол 
р;

 

датчик обратной связи (ДОС) — согласует вращение выходно
го вала РМ с входным управляющим сигналом в соответствии  
с реализуемым законом управления; по типу ДОС различают СП  
с жесткой (позиционной), скоростной (тахометрической) или изодромной (гибкой) обратной связью. 

Рис. 1. Структурная схема сервопривода ЛА с ЭГРП 
 
Гидравлические рулевые приводы применяют в системах 
управления современными ЛА. С помощью гидравлических приводов можно уменьшить усилия на ручке (штурвале) управления 
летчика, улучшить устойчивость, управляемость и маневренные 
свойства самолета в режиме стабилизации, осуществить комбинированное управление от штурвала и (или) автопилота и улучшить 
противофлаттерные свойства рулевых систем. 

Первые образцы гидравлических РМ, предназначенных для управ
ления движением ракет Фау, были разработаны и изготовлены  
в Германии в период Второй мировой войны. 

Среди различных типов РМ для современных самолетов наибо
лее широко распространена электрическая машина как наиболее 
удобная в управлении. В то же время в связи с необходимостью 
преодоления большого шарнирного момента на руле при отсутствии централизованных гидравлических систем на ЛА требуется автономное решение. Таким решением является ЭГРП, представленный в данной работе. 

На примере серийного ЭГРП 1СБ14 рассмотрим оригиналь
ную конструкцию, методы и последовательность определения основных эксплуатационных характеристик привода. 

Приводом называют устройство, осуществляющее в объекте 

регулирования преобразование какого-либо вида энергии (потенциальной энергии давления потока жидкости, энергии сжатого газа, электрической энергии и др.) в механическое перемещение. 
ЭГРП представляет собой агрегат системы регулирования, состоящий из гидравлической машины и электрогидравлической 
системы управления ею. Дроссельные электрогидравлические машины эксплуатируют в качестве рулевых приводов пилотируемых 

и беспилотных ЛА. В таком ЭГРП отсутствует ДОС, в СП используется внешний датчик положения органа управления ЛА. 

Принцип действия гидравлических приводов основан на преоб
разовании потенциальной энергии давления потока жидкости  
в механическую энергию движения. Любой гидропривод состоит из 
источника гидравлической энергии — гидронасоса, создающего поток жидкости высокого давления, и потребителя гидравлической 
энергии — гидродвигателя. Рабочей жидкостью в ЭГРП служит 
минеральное масло с синтетическими добавками. Рабочая жидкость 
для ЭГРП должна удовлетворять следующим требованиям: 
вязкостью в требуемом диапазоне значений; 
высоким классом чистоты (низкое содержание твердых примесей); 
высоким индексом вязкости (минимальная зависимость вязкости от температуры); 
хорошими смазывающими свойствами; 
химической инертностью по отношению к материалам, из которых сделаны элементы гидропривода; 
высоким объемным модулем упругости; 
высокой устойчивостью к химической и механической деструкции; 
высоким коэффициентом теплопроводности и удельной теплоемкости и малым коэффициентом теплового расширения; 
высокой температурой вспышки (негорючесть); 
нетоксичностью. 
Регулирование скорости гидродвигателя возможно за счет из
менения либо расхода жидкости, подаваемой гидронасосом (объемное регулирование), либо давления на поршень (дроссельное регулирование). Рассматриваемый ЭГРП основан на дроссельном 
регулировании с помощью электрического преобразователя. 

К преимуществам ЭГРП по сравнению с другими типами ру
левых приводов относятся: 
наилучшие массогабаритные показатели, так как РМ и бустер 
скомпонованы в одном агрегате; 
большее быстродействие, поскольку удельное усилие — отношение развиваемого усилия (или момента) к массе (или моменту 
инерции) подвижных частей привода — наибольшее; 

простота конструкции (не требуется редуктор) и высокая надежность работы; 
привод является автономным агрегатом и, за исключением 
электропитания и управления, не требует централизованной гидросистемы. 
Недостатки ЭГРП: 
высокая стоимость, поскольку его отдельные элементы необходимо изготавливать с высокой точностью (единицы микрометров при изготовлении золотников); 
бόльшие масса и габариты по сравнению с отдельной электрической РМ или отдельным гидравлическим рулевым приводом; 
отсутствие в конструкции датчика обратной связи с выходным 
валом. 
Дроссельные ЭГРП используют обычно при следующих требуемых системой управления ЛА характеристиках: 
мощность — не более 400…500 Вт; 
угловая скорость вращения вала — не более 100 о/с; 
движущий момент на валу — не более 30,0 Н·м.  

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ  
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО РУЛЕВОГО ПРИВОДА 

Принцип действия ЭГРП может быть уяснен при совместном 

рассмотрении электрической принципиальной и гидрокинематической схем (рис. 2). Управляющий сигнал с выхода усилителя канала автопилота подается на электромеханический преобразователь 
(ЭМП) 1, угол поворота якоря которого пропорционален току 
управления. По своей конструкции ЭМП напоминает трехпозиционное реле постоянного тока. Положение якоря зависит от уровня 
и полярности управляющего напряжения. При отсутствии управляющего сигнала якорь ЭМП удерживается в среднем положении. 
Отклоняясь, якорь ЭМП через тягу 2 поворачивает коромысло 3  
и связанный с ним золотниковый распределитель 5, подвешенный 
на плоской пружине 4, заменяющей механический шарнир. Эта 
пружина создает на оси якоря позиционную нагрузку, эквивалентную жесткой отрицательной обратной связи. Направление отклонения при этом определяется знаком управляющего сигнала. При 
повороте распределителя один из золотниковых поршней перекрывает одно из дроссельных отверстий, тем самым уменьшая пе

репуск масла через него. Второй золотниковый поршень при этом, 
наоборот, увеличивает слив масла, подаваемого к дроссельным отверстиям трехшестеренчатым насосом 6, приводимым во вращение электродвигателем 7. В ЭГРП используется коллекторный 
электродвигатель постоянного тока ЭРП-33А с напряжение питания Uпит = ±27 В. Изменение гидравлического сопротивления 
дроссельных отверстий приводит к изменению давления в магистралях и образованию перепада давления на рабочем поршне 10, 
под действием которого начинается его перемещение в цилиндре 9. 
Через шатун 12 и кривошип 13 это перемещение передается на 
выходной вал и связанный с ним руль. 

 

Рис. 2. Электрокинематическая схема авиационного ЭГРП 

При отсутствии нагрузки на валу поршень двигается до упора 

при любом токе управления со скоростью, пропорциональной этому току. Соответственно, силовой цилиндр можно рассматривать 
как интегрирующее звено. 

При моменте нагрузки, увеличивающемся пропорционально 

углу поворота вала, силовой цилиндр можно рассматривать как апериодическое звено, поскольку позиционная нагрузка эквивалентна 
жесткой отрицательной обратной связи. При равенстве момента нагрузки и движущего момента, пропорционального току управления, 
поршень остановится. Электродвигатель 7 через промежуточный 
вал вращает шестерни насоса 6, которые забирают масло из корпуса 
ЭГРП и подают его в трубопровод, из которого оно сбрасывается в 
корпус через управляющие дроссели. Управляющие поршни для 
уменьшения трения помещены в полых осях шестеренок насоса. 
Для предохранения системы от бросков давления масла служат предохранительные клапаны 8 и управляемые электромагнитные клапаны 11. 

Все элементы конструкции ЭГРП представлены на макете раз
резанного агрегата (рис. 3). 

 

Рис. 3. Макет элементов конструкции ЭГРП 

 

Некоторые технические характеристики ЭГРП 1СБ14 

Напряжение электропитания ЭГРП, В ……………………… ±27 
Максимальный потребляемый постоянный 
ток (пусковой), А ….……………...…………………………..… 11 
Диапазон изменения управляющего напряжения, В … –27…+27 

Максимальный угол поворота выходного вала от нулевого 
(нейтрального) положения, °………………………..………… ±30 
Рабочая жидкость для ЭГРП ……… специальное масло АМГ-10 

АНАЛИЗ ДИНАМИКИ 
ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКОГО РУЛЕВОГО ПРИВОДА 

Управление ЭГРП осуществляется путем изменения начально
го расхода рабочей жидкости через дроссельные отверстия, причем суммарный расход рабочей жидкости остается постоянным. 
Этим обеспечиваются близкие к линейным скоростная, моментная, 
а следовательно, и механическая характеристики в некотором диапазоне изменения управляющего сигнала, что позволяет довольно 
просто линеаризовать уравнения движения. 

Как отмечалось ранее, при отсутствии нагрузки на выходном 

валу ЭГРП поршень перемещается до упора со скоростью, пропорциональной току управления (в пределах линейного участка). 

Точно описать динамику ЭГРП весьма сложно, поскольку не
обходимо учесть динамику основных процессов, протекающих в 
приводе, и влияние на них следующих факторов: 

перемещения золотниковых поршней гидравлического усили
теля электромеханическим преобразователем; 

нарастания перепада давления на рабочем поршне при переме
щении золотникового поршня (уравнение расхода с учетом нежесткости механической характеристики электродвигателя насоса); 

движения рабочего поршня под действием нагрузки (уравне
ние сил или моментов); 

наличия многочисленных внутренних обратных связей; 
нелинейности различных типов, присущие характеристикам 

большинства элементов ЭГРП. 

Влияние этих процессов и факторов на устойчивость и быстро
действие привода учитывают при проектировании. Рациональный 
выбор схемы, обоснование динамической структуры, разработка 
оптимальной конструкции и совершенной технологии изготовления 
электронных и гидравлических усилителей позволяют оптимизировать синтез динамических характеристик привода и обеспечить высокий коэффициент добротности. В свою очередь, при исследовании динамики летательного аппарата с системой стабилизации