楊化龍 周昌明

民用飛機液壓系統(tǒng)可燃液體排放設(shè)計

楊化龍 周昌明

針對民用飛機液壓系統(tǒng)排液設(shè)計問題，本文對設(shè)計要求和關(guān)鍵設(shè)計要素等方面進行了研究，并給出了民用飛機液壓系統(tǒng)可燃液體排放設(shè)計的方法。

民用飛機可燃液體主要包括燃油和液壓油，兩種可燃液體的控制和排放問題有明確的適航條款要求。液壓系統(tǒng)作為飛機的重要二次能源系統(tǒng)，其元件、管路分布于全機各大區(qū)域，整個系統(tǒng)內(nèi)的液壓油是可燃液體的重要來源，在液壓系統(tǒng)的設(shè)計過程中就需要充分考慮排液設(shè)計要求，滿足適航條款要求。本文通過在某型民用飛機可燃液體排放設(shè)計過程中的實踐，總結(jié)民用飛機液壓系統(tǒng)的排液設(shè)計要求和方法，為民用飛機液壓系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

可燃液體排放設(shè)計要求

民用飛機液體（包括易燃液體，易凍液體，滲漏液體和凝聚水等）的控制和排放，相關(guān)條款包括CCAR25.609“結(jié)構(gòu)保護”，CCAR25.863“可燃液體的防火”，869（a）（1）（2）“系統(tǒng)防火”，CCAR25.1185“可燃液體”，CCAR25.1187“火區(qū)的排液和通風(fēng)”，CCAR25.1189“切斷措施”，CCAR25.1455“易凍液體的排放”等適航要求。其中，CCAR25.863“可燃液體的防火”是液壓系統(tǒng)可燃液體排放設(shè)計的重點適航要求。

液壓系統(tǒng)排液設(shè)計的關(guān)鍵要素

泄漏源

液壓系統(tǒng)液壓油的外泄漏分為正常的外泄漏和故障泄漏兩種，正常的外泄漏主要是作動器的密封連接件、油箱低壓活塞和泵軸密封等處產(chǎn)生的正常泄漏。故障泄漏主要是元件接口密封失效、管路本身損傷、管路裝配連接不合理等導(dǎo)致的外部泄漏。

目前民用飛機液壓系統(tǒng)管路連接件普遍采用永久擠壓型與內(nèi)旋壓無擴口擠壓式兩種連接形式。永久擠壓型連接件由于一次性做好而減少了中間維護不到位導(dǎo)致的泄漏，在泄漏方面認(rèn)為此種連接方式是可靠的，不作為泄漏源考慮。內(nèi)旋壓無擴口連接件處被認(rèn)為是潛在的泄漏點，其泄漏形式主要是擰緊定力不到位、裝配貼合面缺陷而導(dǎo)致的泄漏。

在排液設(shè)計過程中液壓系統(tǒng)可能的泄漏源主要定位于采用無擴口擠壓式連接形式的管路、元件的結(jié)合處和管路布置區(qū)域可能的管路損傷。

泄漏速率

通過泄漏源的分析可知，液壓系統(tǒng)不可避免的存在潛在的泄漏源，顯然對于泄漏源，其泄漏速率是排液設(shè)計中關(guān)鍵的參數(shù)。關(guān)于泄漏量的大小，目前的工程實踐中并沒有確切的定量值，實際情況下，液壓系統(tǒng)可能的泄漏主要是微小的滲漏和滴漏、一般的泄漏、較大的泄漏等情況，所以對應(yīng)不同的泄漏類型對泄漏量進行分類。微小的滴漏可以認(rèn)為每分鐘數(shù)十滴，20～25滴液壓油約為1ml，泄漏速率約為10ml/min。較大的泄漏可以以極端的管路爆裂為極限進行估值，在單根液壓管爆裂的條件下，此時的泄漏速率基本等同于液壓泵的輸出流量，某型常用發(fā)動機驅(qū)動液壓泵的液壓油傳輸速率是79.5L/min，電動泵的液壓油輸出的速率為14L/min，該速率基本等同于極端的大泄漏情況下的泄漏速率。所以極端的泄漏速率達到10L/ min以上，此條件下油箱的液壓油10s內(nèi)泄漏完畢。一般的泄漏定義為以上兩種泄漏模式之間，可以定義為1L/ min的量級。

表1　泄漏速率定義

目前各飛機機型在排液設(shè)計時也沒有針對較大泄漏情況的排液設(shè)計，更多的是考慮在此極端情況下對應(yīng)的系統(tǒng)關(guān)閉及就進機場著陸的操作，降低危害在空中的暴露時間，當(dāng)然針對可能的極端泄漏情況，也要采用高可靠性的管路和元件等方式來降低風(fēng)險。所以排液設(shè)計過程中應(yīng)重點考慮微小和一般的泄漏對應(yīng)的排液設(shè)計。

圖1　排液管和排液孔布置

可燃液體泄漏區(qū)及排液通道

在可燃液體排放設(shè)計過程中是按照區(qū)域劃分進行的，所以應(yīng)明確其定義。

可燃液體泄漏區(qū)指飛機上可能存在可燃液體或蒸氣（液壓油或燃油等）泄漏并且不存在名義點火源的區(qū)域。這些區(qū)域在飛機正常運行時不存在可燃液體或蒸氣，但在某些故障狀態(tài)下（如管路接頭損壞或密封不好等）可能會有可燃液體或蒸氣泄漏。

排液通道是指在可燃液體泄漏區(qū)可以將該區(qū)域可能泄漏的可燃液體進行收集、導(dǎo)向?qū)?yīng)的排液出口，并最終安全排出機體的通道。

在民用飛機液壓系統(tǒng)排液設(shè)計過程中，針對正常的泄漏，作動器的密封泄漏考慮到其基本處于外翼后側(cè)等開放區(qū)域，且其泄漏量較小，相應(yīng)的泄漏可以通過外部氣流帶走，不會產(chǎn)生危害。液壓泵和油箱的泄漏，系統(tǒng)設(shè)計過程中通過排液管和生態(tài)瓶的設(shè)置進行收集處理，泄漏量較大時，可以通過設(shè)計在該區(qū)域的液壓系統(tǒng)排液管路通道排到機體外部，該泄漏可控。圖1為常見的排液管和排液孔布置方式。

液壓系統(tǒng)可燃液體排放設(shè)計

根據(jù)可燃液體排放設(shè)計要求的總結(jié)和泄漏源、泄漏速率及泄漏區(qū)域定義的界定，液壓系統(tǒng)可燃液體排放設(shè)計主要包括降低系統(tǒng)潛在的泄漏風(fēng)險和排液路徑的設(shè)計兩個方面。降低潛在的泄漏風(fēng)險主要是通過設(shè)計手段盡可能的降低泄漏概率，排液路徑的設(shè)計主要是針對潛在的泄漏設(shè)計對應(yīng)的排液通道，將泄漏及時、安全的排出，不產(chǎn)生進一步的危害。

通過某型飛機的設(shè)計過程和目前商業(yè)運營飛機的運營情況研究，液壓系統(tǒng)應(yīng)按照以下原則進行排液設(shè)計：

1）系統(tǒng)布置在被允許的區(qū)域，有對應(yīng)的排液通道和能力；

2）液壓系統(tǒng)通過生態(tài)瓶對泄漏油液進行集中收集，并通過排液管路及通道排出機體；

3）可能的小泄漏，可借助飛機的排水口、通氣口等排到機體外；

4）盡量減少管路的連接點，從而減少泄漏點；

5）特殊風(fēng)險的考慮，主起艙區(qū)域采用不銹鋼管路，降低輪胎爆破的影響，盡量避免了可能的泄漏。吊掛區(qū)域采用高可靠性能的壓力管、軟管；

6）與電氣線纜等潛在點火源保持適當(dāng)間距，采取避讓原則；

7）設(shè)置EICAS告警提示，可通過機組操作控制泄漏；

8）航線運行中，配合地面檢查、航前檢查等工作降低泄漏隱患；

9）盡可能的采用永久接頭，減少泄漏點；

10）按規(guī)范選用管路連接件、管材，并通過鑒定試驗驗證；

11）采用支架、塊卡對管路進行支撐，減輕震動、摩擦，降低泄漏的因素。保證液壓管路的間距要求，對管路系統(tǒng)進行保護；

12）采用可靠性高、在其他機型已使用驗證的液壓設(shè)備、元件。

排液路徑的設(shè)計

在降低可能的泄漏風(fēng)險的基礎(chǔ)上，對不可避免的潛在泄漏區(qū)域進行排液通道設(shè)計，設(shè)計步驟如下：1）明確泄漏點的分布；2）確定泄漏液壓油可能的危害區(qū)域；3）確保機體內(nèi)結(jié)構(gòu)有排液通路將泄漏的液壓油進行收集；4）合理布置排液口（位置、大小及數(shù)量），將泄漏液體及時、安全的排出機體外，防止二次危害，如果排放到機體外的液壓油可能會再次進入不允許進入的區(qū)域（如發(fā)動機、APU尾噴口），則需要重新設(shè)計排液通道或者液壓系統(tǒng)的布置。

適航條款符合性驗證

1）采用分區(qū)域的原則對全機排液進行符合性驗證；

2）不拘泥于固定的驗證方法，一般采用分析說明和地面試驗、試飛等相結(jié)合的方法，驗證機身內(nèi)可燃液體流通路徑、排液通道的排液能力以及排出的液體不產(chǎn)生次生的危害等安全要求。

總結(jié)

本文對民用飛機液壓系統(tǒng)可燃液體設(shè)計要求的關(guān)鍵要素進行了研究，結(jié)合實際型號設(shè)計工作提出了液壓系統(tǒng)可燃液體設(shè)計的原則，可有效指導(dǎo)民用飛機液壓系統(tǒng)可燃液體排放設(shè)計和適航驗證工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.17.012