飞机液压系统应用现状研究

飞机液压系统应用现状研究

雷珊,李萌,刘政宏

中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西省西安市 710089

摘要：在飞机中，液压系统是非常重要的组成部分。在飞机液压系统高压化、轻量化的发展趋势下，研究液压管路的应力及其规律非常重要。液压系统功能试验作为飞机维修的重要工序，试验项目多、工序复杂、周期较长，若无法将电气故障与系统功能试验隔离，将大大延长维修周期，造成严重的成本浪费。本文首先分析液压系统工作原理，其次就常见故障分析，最后就相关维护方法进行研究，对现代飞机中液压管路设计具有一定的工程实践和理论指导意义。

关键词：液压系统；低压；密封；分析

引言

液压系统是飞机的重要系统之一，一般为起落架收放系统、操纵系统、刹车系统提供能源，具有功率密度大、结构紧凑、传动平稳的优点，同时也存在效率较低、能量损失大的缺点。低压故障是液压系统的一个典型故障，通常出现在起降或者机动飞行时，此时液压系统处于复合工作状态，系统流量需求较大，易造成液压泵吸油不足。除大流量需求外，液压系统附件故障也可能造成低压故障，此时压力降低次数较多，且出现后无法恢复正常值，影响其他系统工作。

1液压系统工作原理

液压系统为操纵舵面、反推、起落架、刹车等系统提供液压动力，是现代飞机最关键的系统之一，A320和A330系列飞机均有3套相互独立的液压系统，分别为绿系统、黄系统和蓝系统。发动机驱动泵（enginedrivepump，EDP）安装在发动机附件齿轮箱上，正常情况发动机运转后，液压系统主要通过EDP提供输出压力提供动力源，发动机转子通过附件齿轮箱驱动EDP运转，A320和A330飞机上常见的是由恒压式柱塞泵驱动的液压系统。EDP是一种变量泵，通过改变排量来补偿压力，使压力保持在恒定值附近小范围波动，柱塞泵通过传动轴转动将低压液压油通过柱塞作功后压力上升从高压出油口输出，传输至下游用户，为飞控系统、起落架系统、发动机反推等提供液压动力，所有主系统都在约3000psi（206bar）的额定压力下操作。在液压系统中，压力传感器（位于液压驱动泵的下游管路中）、液压油温度传感器和油量传感器（位于液压油箱）一起负责监控液压系统的工作状态，当系统的参数异常超过一定门限时便会触发警告，警告类型主要包括液压泵低压、液压油超温、液压油量低等。驱动泵作为飞机液压系统的动力源，如果存在内部缺陷或出现性能下降，将无法持续稳定输出压力，当恶化到一定程度EDP彻底故障时，飞机液压系统将失去动力源，相关操作系统则无法正常工作。通过追踪几起EDP故障数据，我们结合液压系统工作原理，利用系统的压力、温度等参数进行分析研究，针对EDP性能下降的监控积累了一些经验。

2常见故障分析

在实际使用中，液压系统经常由于种种原因而出现压力泄漏等问题，从而引发故障。主要包括以下7个方面。一是系统污染。在飞机的使用寿命周期内，均需对液压系统系统的污染度进行有效的控制，若污染度超标必将大大降低液压系统附件的产品性能，进而引发故障发生。二是固体颗粒污染。作为工作介质的液压油常常因为吸入空气、水或粉尘等受到污染而造成工作压力的下降，引起管道的颤振，又或者是造成零件的小孔堵塞失灵等严重后果。因吸入粉尘或者因零件之间的相互摩擦产生粉末，液压油将迅速被污染并将这些固体颗粒输送到整个系统的管道中，其中包含了一些直径较小的管路及节流孔等，其后果便是造成堵塞并损伤精细零件，引发系统故障。三是水污染。液压油混入水形成污染后，对于在高空飞行的飞机而言，其液压系统时刻面临着被遇冷形成的小冰晶堵塞管道造成液压系统失灵的危险，同时金属部件在与水的接触过程中更容易出现锈蚀而出现结构损坏。四是空气污染。液压油的压力降低后，空气污染会逐渐溢出聚集成小气泡，随着液压油运动到高压区又会受到绝热压缩而溃灭，极易引发脉动振荡的气穴。另外，空气中的氧气还会引发液压油的氧化变质，形成酸性环境后腐蚀管道，影响液压系统的安全。五是内部残留污染。除了空气、水分、灰尘等，液压任务系统在执行相对运动时，在高温条件下，橡胶密封胶圈会出现老化磨损等情况，同样会对系统造成污染，引发系统故障。六是管路应力安装。液压管路如果存在安装应力，在长期高振动环境下工作，极易发生导管渗漏油或者断裂故障，导致系统压力渗漏，危及飞行安全。七是不合理的设计。液压系统不合理的分布设计、零部件设计等问题极易造成液压系统散热困难而导致液压系统部件工作不稳定。尤其是管路之间由于布置过于紧密而使维护愈加困难，从而为下一次故障的出现埋下了隐患。

3维护方法

3.1油量测量系统入场校验

在试验室对油量传感器空油频率进行测试，将被测件连接到测试设备上，设备自动测试出被测件空油频率。对信号变换器主要检查常温误差、自动校准及与地面设备通信功能、系统通信功能。

3.2选用高性能的元器件

尽可能选用性能好、可靠性强的液压附件，选用高精度的油滤以保证液压油在工作时的清洁度，优选大容积的自供增压油箱以增强油箱的散热效果，进而提升液压系统的抗污染能力。

3.3监测系统压力数值

由于系统压力在大用户使用时会出现瞬时压力降低的情况，为减少液压系统其他部件缺陷导致系统压力低的情况对监控的影响，需要在无用户使用的情况下统计液压压力，也就是EDP输出到下游的压力数值，当压力数值持续偏低或低压超过一定时间时，产生报警。

3.4多用途舱门收放试验

将多用途舱门收放电磁活门与地面电缆线插头连接好。操纵地面控制装置面板上电磁活门控制开关置于“收起”位（绿灯亮），飞机液压系统接通多用途舱门收起油路，完成多用途舱门收起功能试验。操纵地面控制装置面板上电磁活门控制开关置于“放下”位（绿灯亮），飞机液压系统接通多用途舱门放下油路，完成多用途舱门放下功能试验。多用途舱门应急收放操作与正常收放操作一致。

3.5液压系统试验过程

主液压油箱调零调满试验完成后，总装厂和试飞站依据技术条件进行液压系统试验。将液压试验台与飞机相连，使用液压试验台向主液压系统供14.8±0.75ＭＰａ的压力，进行液压系统试验。液压试验台使用主液压油箱内的液压油，试验结束后，需向主液压油箱补油，直至系统画面上显示主液压油箱的油量值为20～22Ｌ。根据以上过程介绍，油量测量系统出现故障的阶段应在油量测量系统入场校验之后，厂内不规范安装、包装、运输或试验过程可能造成油量测量系统故障，因此需对厂内安装、包装、运输或试验流程进行复查。同时，厂内检验过程也存在漏洞，后续需在“液压系统试验过程”结束后对油量测量系统进行复测，防止类似情况发生。

3.6厂内安装试验过程的纠正措施

1）油量测量系统入场校验。在试验室对油量传感器空油频率进行测试，将被测件连接到测试设备上，设备自动测试出被测件空油频率。对信号变换器主要检查常温误差、自动校准及与地面设备通信功能、系统通信功能。2）油量传感器安装过程。主液压油箱气密试验合格后，将主液压油箱与油量传感器进行装配，完成后按照厂内技术条件进行高低温试验，容积、流量试验，余油试验，结束后油封、清洗包扎后交至总装厂进行安装。3）油箱调零调满过程。依据装配指令及厂内技术条件对油量测量系统进行调零调满，将加油车与飞机加油口相连，通过加油车向主液压油箱加不少于8Ｌ的油液，然后从吸油口将油液放出，当放不出油液时，油箱剩8Ｌ油，此时通过液压油量测量系统校准设备标定零位，机上显示8Ｌ；再通过加油车向主液压油箱加12Ｌ油液（加油车油量表读数），此时油箱为20Ｌ油，标定满油，机上显示20Ｌ。

3.7作用等效简化

在仿真软件中，利用ｃｏｕｐｌｉｎｇ耦合约束和ＭＰＣ约束的方式对块卡与管路、支架的相互作用进行等效简化。首先，标记管路和块卡的接触部位，在该部位中心建立参考点，以ｃｏｕｐｌｉｎｇ的方式进行将该参考点与标记部位进行运动耦合，将标记部位的运动与该参考点进行等效。然后，在支架的安装孔中心建立参考点，利用ＭＰＣ方式，将两个参考点进行约束，实现三者之间的作用关系的等效。

3.8培养专业维修团队

培养一支由专业液压系统维修人员组成的维修队伍是十分必要的。液压系统维修人员必须经过有关污染控制标准以及相关规定的培训，同时在上岗前必须通过职业道德和责任性教育。维修人员要清晰地意识到液压系统维修工作的重要性、艰苦性和长期性。

3.9传感器安装盘进水分析

传感器安装盘内的水的来源有三种情况的可能性较大：①传感器出厂时即带有水；②水从传感器内部渗入安装盘；③从安装孔或插座渗入水。传感器出厂带有水：传感器出厂时经过高低温验收项目，在低温试验时，可能存在冷凝水。高低温试验过程为低温箱－检验－高温箱－检验，如果低温时安装盘内积累下冷凝水，也会在高温试验阶段蒸发掉，并且高低温试验后均进行了通电检查，且装机前也进行了检查，数据均在误差范围内，所以可以排除传感器出厂就带有水的可能。从传感器内部渗入水：正常情况下传感器内部为密封隔绝状态，异常时有可能密封性能下降，液体从传感器下方渗入安装盘。传感器烘干后，按照技术规范要求对传感器进行了气密性试验，试验结果表明传感器气密性符合规范要求，因此可以排除水从该部位进入的可能。

4发展展望

液压系统凭借其对力和力矩传动的优势等，在现代飞机中占据了不可替代的地位，同时其相关的技术也在不断地发展和进步，可预见的是，在未来的液压系统将逐渐融合更多、更先进的技术，从而发挥更大、更重要的作用。液压系统的工作特点和运行方式注定了会遇到如液压油被污染等不可回避的问题，若得不到适当的控制或解决，必然会引起液压系统故障，从而造成飞机操纵失灵等严重后果，产生巨大的安全隐患。在飞机设计阶段就必须充分考虑到液压系统的科学设计、合理布置等问题，从元器件优选开始进行控制故障。通过专业人员进行液压系统的维护和维修，确保液压系统工作的安全和可靠。随着飞机不断向高速、高机动性、高可靠性等方向发展，液压系统必将朝着体积更小、更安全、更可靠、更稳定的方向迈进。

结语

综上所述，液压系统是飞机实现舵面操作、起落架收放和地面转弯的系统操控的动力来源，发动机液压泵则承担着液压系统压力输出的最关键角色，一旦液压泵出现超压超温等异常情况，往往会造成飞机返航备降或长时间停场。传统液压系统功能试验时仍需满足机上电路完整并在地面电源车供电方式下进行，存在的维修灵活性差、易受其他因素限制等缺点，与此相比本文提出的方法已在该型飞机上实现机上无电情况下进行液压系统功能试验的能力。同时，利用液压系统地面控制装置，可验证各分系统电磁活门工作性能，剥离电气系统故障的判定路线，优化调试阶段系统故障分析和排除的流程，降低调试难度，实现液压系统故障的快速定位，提高飞机维修质量。

参考文献

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