高鋒

【摘 要】在飛機液壓系統(tǒng)設(shè)計中，減少系統(tǒng)中的壓力沖擊，對于提高飛機的操縱品質(zhì)和安全性具有重要意義。本文整理了飛機液壓系統(tǒng)壓力沖擊抑制設(shè)計需求來源，分析了飛機液壓系統(tǒng)壓力沖擊的產(chǎn)生機理，并給出了抑制壓力沖擊的設(shè)計要點。

【關(guān)鍵詞】飛機液壓系統(tǒng)；壓力沖擊；分析

0 引言

液壓系統(tǒng)為飛機飛控系統(tǒng)、高升力系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)等系統(tǒng)提供液壓能作為動力，是現(xiàn)代大型軍用和民用飛機中不可或缺的系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)的壓力作為其關(guān)鍵指標，對用戶系統(tǒng)的正常操縱有重大影響。因此，在飛機液壓系統(tǒng)設(shè)計中，減少系統(tǒng)中的壓力沖擊，對于提高飛機的操縱品質(zhì)和安全性，具有重要意義。

1 需求來源

1.1 適航條款要求

對于民用飛機設(shè)計，滿足適航條款規(guī)定是基本要求。在CCAR25.1435c（2）液壓系統(tǒng)中，要求“每個液壓系統(tǒng)必須”“具有確保系統(tǒng)壓力在每一元件的設(shè)計容量之內(nèi)的措施，以滿足CCAR25.1435（a）（1）至（a）（5）的要求。系統(tǒng)壓力包括瞬態(tài)壓力和由于元件內(nèi)流體體積變化造成的壓力，該元件能夠在變化發(fā)生時保持密閉足夠長的時間過程”[1]。

因此液壓系統(tǒng)設(shè)計中需避免過大的壓力沖擊，保證系統(tǒng)內(nèi)部和用戶所有元件都在設(shè)計正常工作壓力范圍內(nèi)工作。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范要求

液壓系統(tǒng)設(shè)計初期需確定系統(tǒng)規(guī)范，其中包括對系統(tǒng)正常壓力范圍和最大壓力沖擊的規(guī)定。該規(guī)范作為整個系統(tǒng)及元件的設(shè)計基礎(chǔ)，其中規(guī)定的壓力沖擊范圍必需保證，以避免設(shè)計過程中反復更改，影響項目進度。

1.3 液壓系統(tǒng)用戶要求

飛機設(shè)計作為一項大型系統(tǒng)工程，在設(shè)計中是分為許多工作包并行開展的。在設(shè)計初期，液壓系統(tǒng)用戶會與液壓系統(tǒng)確定雙方分界面處的壓力沖擊范圍作為設(shè)計依據(jù)。該要求也是液壓系統(tǒng)設(shè)計中必須保證的[2]。

2 產(chǎn)生機理分析

飛機液壓系統(tǒng)壓力沖擊主要來自泵源和用戶動作，在壓力沖擊的傳遞過程中，又會受到管路、油濾、閥、蓄壓器等系統(tǒng)元件的影響，呈現(xiàn)復雜的特性。下面根據(jù)產(chǎn)生機理不同，對各種壓力沖擊產(chǎn)生機理和傳遞過程進行分析。

2.1 泵的壓力沖擊

飛機液壓系統(tǒng)一般選用柱塞泵作為主要泵源。流量脈動是柱塞泵的固有特性。在柱塞泵及其附近的管路中，柱塞泵流量脈動產(chǎn)生的壓力沖擊占主導地位。其壓力沖擊頻率與流量脈動頻率相同，在相應液壓泵工作過程中持續(xù)存在，呈現(xiàn)高頻持續(xù)沖擊的特性[3-6]。

在傳遞過程中，泵產(chǎn)生壓力沖擊受到管路振動特性和外部振動（如發(fā)動機振動）的影響。由于油濾的高阻抗，泵產(chǎn)生的壓力沖擊在油濾中衰減明顯。在油濾之后的管路中，泵產(chǎn)生的壓力沖擊已經(jīng)很難測量到。

2.2 用戶動作產(chǎn)生的壓力沖擊

液壓系統(tǒng)用戶動作會產(chǎn)生流量需求，相應會產(chǎn)生壓力波動。對于飛控系統(tǒng)和高升力系統(tǒng)，其作動器廣泛采用伺服控制，其產(chǎn)生的壓力沖擊為作動器運動過程中反復的高頻沖擊。對于起落架系統(tǒng)，其選擇閥打開會造成瞬時的大流量，對液壓系統(tǒng)會造成瞬時壓力沖擊。

在用戶壓力沖擊向系統(tǒng)傳遞的過程中，壓力沖擊會與系統(tǒng)中的管路、優(yōu)先閥、蓄壓器、油濾等發(fā)生作用，最終將壓力沖擊傳遞至液壓系統(tǒng)的恒壓變量泵，引起柱塞泵流量調(diào)節(jié)機構(gòu)的變化，響應用戶流量的變化。在液壓系統(tǒng)中，這種壓力沖擊整體呈現(xiàn)靠近用戶端壓力沖擊幅度大，而泵端壓力沖擊幅度小的特性。

對于飛控系統(tǒng)和高升力系統(tǒng)，其作動器廣泛采用伺服控制，伺服閥在收到控制指令后，會產(chǎn)生瞬時大流量需求，流量需求在系統(tǒng)中形成壓力沖擊。由于伺服閥響應很快，可以在短時間反復改變流量需求，造成多組變化壓力沖擊。而液壓系統(tǒng)由于管路和元件的存在及泵流量調(diào)節(jié)機構(gòu)的固有頻率限制，不能實時響應壓力沖擊。在極端不利的條件下，會造成壓力沖擊在系統(tǒng)內(nèi)反復震蕩得到加強，超出系統(tǒng)的設(shè)計范圍。

3 設(shè)計要點

在液壓系統(tǒng)的設(shè)計中，應注意以下設(shè)計要點，避免壓力沖擊影響系統(tǒng)性能。

3.1 液壓系統(tǒng)動態(tài)特性設(shè)計

液壓系統(tǒng)設(shè)計過程中，需對系統(tǒng)主要用戶和系統(tǒng)中主要元件的動態(tài)特性進行匹配設(shè)計，避免出現(xiàn)壓力沖擊超出設(shè)計值。

對于液壓泵附近的管路，需合理設(shè)計壓力、吸油和殼體回油管路的長度和管夾布置，使管路各段的固有頻率表避開液壓泵流量脈動頻率和發(fā)動機振動頻率。柱塞泵流量脈動頻率與柱塞泵的柱塞數(shù)和轉(zhuǎn)速有關(guān)。因此在設(shè)計中，應當在管路初步設(shè)計時計算液壓泵至油濾間各段管路的固有頻率，并按照各飛行階段中柱塞泵工況計算流量脈動的頻率，使固有頻率避開流量脈動基頻和倍頻[7-10]。

對于液壓系統(tǒng)用戶流量需求變化造成的液壓沖擊，首先應當提高柱塞泵的動態(tài)響應能力，保證在各用戶流量需求出現(xiàn)同向變化的不利情況下，能夠及時提夠足夠的流量變化。在保證液壓泵具有足夠的流量調(diào)節(jié)能力后，需核算壓力沖擊傳遞過程中管路、優(yōu)先閥、蓄壓器和泵的響應速度，避免在壓力沖擊傳遞過程中出現(xiàn)振蕩。

3.2 原理性試驗臺的早期設(shè)計驗證

由于液壓系統(tǒng)壓力沖擊產(chǎn)生和傳遞機理的復雜性，僅靠分析和仿真并不能完全暴露設(shè)計問題。因此在液壓系統(tǒng)原理性試驗臺設(shè)計和試驗規(guī)劃中，需進行動態(tài)特性試驗，驗證液壓系統(tǒng)實際產(chǎn)生的壓力沖擊在正常范圍內(nèi)，確保項目的順利進行。

4 結(jié)語

飛機液壓系統(tǒng)的壓力作為其關(guān)鍵指標，對用戶系統(tǒng)的正常操縱有重大影響。在飛機液壓系統(tǒng)設(shè)計中，減少系統(tǒng)中的壓力沖擊，對于提高飛機的操縱品質(zhì)和安全性，具有重要意義。在飛機液壓系統(tǒng)設(shè)計過程中，合理的選取液壓系統(tǒng)壓力沖擊范圍，才能在滿足適航條款和各系統(tǒng)要求的前提下，在重量、布置、性能等方面得到良好的效果。對液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的合理設(shè)計和試驗驗證，是保證飛機液壓系統(tǒng)壓力沖擊滿足設(shè)計要求的必要措施。

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[責任編輯：王楠]