尚耀星

液壓系統(tǒng)干什么用？

機載液壓系統(tǒng)是飛機實現(xiàn)姿態(tài)控制和保證飛機安全的重要子系統(tǒng)，液壓技術(shù)由于其功率密度大、快速性好、剛度大，一直以來在航空領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，普遍應(yīng)用于飛機操縱控制舵機驅(qū)動、起落架收放等大負載、大功率、高響應(yīng)速度、高伺服精度等場合，被稱為“飛行器的血管和肌肉”。

對于機載液壓系統(tǒng)，目前大多數(shù)的飛行器采用的是集中式的液壓源，由飛機引擎驅(qū)動的液壓泵產(chǎn)生高壓流體，通過液壓管路傳遞到飛機的操縱控制舵機、起落架等部件完成驅(qū)動功能。為保證機載液壓系統(tǒng)工作可靠，特別是提高飛行操縱系統(tǒng)的液壓動力源的可靠性，現(xiàn)代大型民用飛機上大多裝有多套互相獨立的液壓系統(tǒng)，給飛機液壓用戶提供液壓能源。

目前液壓系統(tǒng)設(shè)計特點

空客A320飛機液壓系統(tǒng)由3套相互獨立的液壓源系統(tǒng)組成。主液壓系統(tǒng)是1號系統(tǒng)和3號系統(tǒng)，備用液壓系統(tǒng)是2號系統(tǒng)。1號系統(tǒng)配備一臺發(fā)動機驅(qū)動泵（EDP）作為飛機主要液壓動力源。3號系統(tǒng)配備一臺EDP的同時好友一臺交流電動泵（EMP）作為備用液壓動力源。2號系統(tǒng)配備一臺EMP和一臺沖壓空氣渦輪驅(qū)動泵（RAT）作為備用液壓動力源。

輔助動力裝置（APU）是一個完整的獨立系統(tǒng)，位于飛機尾部防火艙內(nèi)的一個燃氣渦輪發(fā)動機，自己單獨配備啟動電動機，APU的作用是向飛機獨立地提供電力和壓縮空氣，提供壓縮空氣和電能供飛機發(fā)動機啟動。

與A320類似，波音B737飛機同樣配備3套獨立工作的液壓能源系統(tǒng)。A系統(tǒng)和B系統(tǒng)相同，各配備一臺EDP作為飛機主要液壓動力源以及一臺EMP作為飛機備用液壓動力源。備用系統(tǒng)配備一臺EMP作為飛機備用液壓動力源。

早在20世紀40年代，美國人對液壓能和電能作為飛機上二次能源的效率進行了研究比較，由于當(dāng)時電力技術(shù)水平的限制，研究者得出的結(jié)論是采用基于液壓能的飛機二次能源是最優(yōu)的方案。此后，軍用和民用飛機上主要飛行控制系統(tǒng)一直采用液壓作動系統(tǒng)，并且在很長一段時間內(nèi)液壓系統(tǒng)仍將在飛機上占據(jù)不可替代的地位。

近年來，在“多電飛機”技術(shù)的迅猛發(fā)展之下，飛行器操縱控制領(lǐng)域用電能取代液壓能的呼聲越來越高，機載液壓系統(tǒng)配置也逐漸開始出現(xiàn)多電構(gòu)型，最具有代表性的是空客公司A380新型客機。

380的大膽觸電

2005年4月27日首飛的A380飛機將液壓能與電能有效結(jié)合，液壓系統(tǒng)配置采用“2套液壓系統(tǒng)和2套電系統(tǒng)”布局構(gòu)型。其中，2套液壓系統(tǒng)為傳統(tǒng)液壓動力作動系統(tǒng)作為飛機主要能源動力系統(tǒng)，每套液壓系統(tǒng)配置4臺EDP和2臺EMP，為飛機操縱控制、起落架、前輪轉(zhuǎn)彎相關(guān)系統(tǒng)提供液壓動力。所有EDP通過離合器與發(fā)動機相連，單獨關(guān)閉任何一個EDP都不會影響其它EDP工作性能和系統(tǒng)級工作性能，EMP作為液壓系統(tǒng)的備用泵源。

2套電系統(tǒng)為分布式的電動靜液作動器系統(tǒng)，用于取代早期傳統(tǒng)空客機型的液壓備份系統(tǒng)，由電動靜液作動器（EHA）與備用電動靜液作動器（EBHA）組成。4套系統(tǒng)中的任何一套都可以對飛機進行單獨控制，使A380液壓系統(tǒng)的獨立性、冗余度和可靠性達到了前所未有的高度。EHA與分布式本地電動泵源（LEHGS）等新型技術(shù)在A380飛機上的成功使用，開啟了飛機液壓系統(tǒng)從傳統(tǒng)液壓伺服控制到“多電飛機”新型技術(shù)的先河。

A380的飛行控制系統(tǒng)中EHA與LEHGS結(jié)合運用的2套電系統(tǒng)，大大減少了機載液壓元件與液壓管路，降低了飛機重量，減少了能量消耗，提高了飛機的維護性。值得注意的是，A380選擇多電構(gòu)型代替的是傳統(tǒng)機型的液壓備份系統(tǒng)，配置的EHA和LEHGS只是作為備用作動器，主動作動器仍然是常規(guī)的機載液壓系統(tǒng)。為了減輕A380的重量，創(chuàng)新設(shè)計的LEHGS通過微型泵技術(shù)為前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)和剎車系統(tǒng)提供備用動力，當(dāng)主機集中液壓源故障失效時安裝在各分系統(tǒng)附近的LEHGS在應(yīng)急情況下為用戶提供動力。

“多電飛機”和“全電飛機”的諸多好處使機載電能取代機載液壓能成為一種趨勢，A380客機的成功裝備更是加深了這種看法，就長遠發(fā)展而論，多電技術(shù)確實代表了包括液壓系統(tǒng)在內(nèi)的機載機電系統(tǒng)的發(fā)展方向，未來的機載液壓系統(tǒng)將呈現(xiàn)多電化的發(fā)展方向。但是，就目前發(fā)展而言，電力作動與液壓作動兩者之間孰優(yōu)孰劣還值得商榷，尤其在體積、質(zhì)量、功率和效率、散熱及控制管理方面。

電力作動技術(shù)帶來的最大優(yōu)勢就是取消了復(fù)雜的液壓管路，減輕了液壓系統(tǒng)的重量，但是，同比增加的電纜質(zhì)量和作動器質(zhì)量卻可能抵消這一優(yōu)勢。同時，“多電飛機”的再生功率是一大挑戰(zhàn)，因為在飛行期間，電作動器會將再生功率強加給機載電力系統(tǒng)，飛機的電特性不允許電力系統(tǒng)有再生功率，通常的辦法是使用大電阻就地消耗作動器的再生功率，但這將大大增加飛機熱量管理的負擔(dān)。

研制和發(fā)展大型寬體客機，不僅能適應(yīng)快速增長的航空市場需求，同時也能促進關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和多學(xué)科進步，隨著“多電飛機”技術(shù)的迅猛發(fā)展，機載液壓系統(tǒng)面臨嚴峻的生存挑戰(zhàn)，但是“多電飛機”并不是對傳統(tǒng)機載液壓系統(tǒng)的否定，在未來很長一段時間內(nèi)，兩者將并行發(fā)展，機載液壓能源系統(tǒng)在機載操縱控制領(lǐng)域仍然有著不可替代的地位，最具有代表性的就是波音公司B787客機。

787的權(quán)衡考量

2009年12月15日，波音B787試飛成功。B787的液壓系統(tǒng)采用傳統(tǒng)配置，配置左、中、右3套獨立的液壓系統(tǒng)，其中，1號液壓系統(tǒng)和3號液壓系統(tǒng)各配置一個EDP和一個EMP，EDP用作液壓系統(tǒng)的主要動力源，EMP用來在系統(tǒng)功率需求較大的情況下補充主泵，EDP在飛機飛行時全程工作，EMP僅在起飛和著陸時工作。2號液壓系統(tǒng)由兩個EMP和一個RAT來提供壓力，兩個EMP可按照工作日交替充當(dāng)主泵使用與備用泵使用。在系統(tǒng)配置上可以保證任何一套系統(tǒng)均能夠滿足飛行控制的操縱要求。并且，由于B787客機采用機電作動器（EMA）來控制部分舵面，液壓用戶顯著減少，采用電剎車系統(tǒng)來替代傳統(tǒng)的液壓剎車系統(tǒng)，減少了液壓管路及油液泄漏保護裝置的設(shè)計，系統(tǒng)大大簡化，系統(tǒng)可靠性得到了提高，避免了油液泄漏，降低了維修成本。

機載液壓系統(tǒng)從誕生至今，在飛行器操縱控制領(lǐng)域走過了一條輝煌的發(fā)展道路，由于稀土永磁無刷直流電機的發(fā)展大大提高了電力驅(qū)動系統(tǒng)的性能，“多電飛機”和“全電飛機”計劃的提出和實施擠壓了傳統(tǒng)機載液壓系統(tǒng)的發(fā)展空間，不可否認，電力傳動正在與航空液壓進行著激烈競爭。但是，就目前情況來看，電力作動系統(tǒng)在質(zhì)量、轉(zhuǎn)矩、頻寬等各方面完全達到液壓的水平仍有一定困難，鑒于多年來液壓系統(tǒng)的技術(shù)積累和技術(shù)成熟度，在后面很長一段時間內(nèi)，機載液壓系統(tǒng)的地位仍然不可替代，傳統(tǒng)機載液壓系統(tǒng)和新型多電系統(tǒng)，兩者將相互借鑒，相互融合，并行發(fā)展。

責(zé)任編輯：武瑾媛