中國(guó)人民解放軍第5720工廠 楊靜思 韓 石

液壓系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)操縱控制、姿態(tài)調(diào)整，確保飛行安全的重要功能系統(tǒng)。與機(jī)械傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)等傳動(dòng)方式相比，液壓傳動(dòng)能夠輸出較大的推力和轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)低速大噸位的傳動(dòng)，且其體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，在現(xiàn)代飛機(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。

目前，市場(chǎng)上主要在運(yùn)營(yíng)飛機(jī)包括波音和空客系列，以及我國(guó)商飛的ARJ21 和C919 客機(jī)，均采用工作壓力為21MPa 的液壓系統(tǒng)。超音速客機(jī)“協(xié)和號(hào)”采用了29MPa 的液壓系統(tǒng)?？湛虯350、A380 和波音B787 采用了35MPa 的液壓系統(tǒng)。我國(guó)在研的遠(yuǎn)程寬體客機(jī)CR929 也將采用35MPa 的液壓系統(tǒng)。由于提高液壓系統(tǒng)工作壓力能夠有效地減小液壓系統(tǒng)的體積，同時(shí)提高飛機(jī)液壓系統(tǒng)的功重比，所以采用35MPa 工作壓力的液壓系統(tǒng)是未來(lái)飛機(jī)發(fā)展的必然方向和優(yōu)先選擇，并已逐漸在部分機(jī)型上得到應(yīng)用。液壓系統(tǒng)工作壓力提高的同時(shí)，也帶來(lái)無(wú)用功增加、發(fā)熱量增大、溫度升高和液壓油液黏性降低等難題。

筆者總結(jié)了飛機(jī)液壓系統(tǒng)的構(gòu)造及工作原理，梳理了飛機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)代飛機(jī)液壓系統(tǒng)應(yīng)用情況以及其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)飛機(jī)液壓系統(tǒng)的特點(diǎn)，闡述了常見的故障原因，結(jié)合設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用階段分析液壓系統(tǒng)的維護(hù)方法。

一、液壓系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

1.液壓系統(tǒng)工作原理

液壓系統(tǒng)的工作是通過對(duì)液壓油進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)和控制，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)作出預(yù)期響應(yīng)，使飛機(jī)操縱舵面等部件執(zhí)行相應(yīng)動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行姿態(tài)的控制。按照系統(tǒng)功能，通常將液壓系統(tǒng)分為供壓、執(zhí)行、控制和輔助4 個(gè)部分。

供壓部分主要由主油泵、應(yīng)急油泵和蓄能器等構(gòu)成。其主要功能是為液壓油提供壓力輸入，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力能，實(shí)現(xiàn)壓力的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。

執(zhí)行部分主要由液壓馬達(dá)、作動(dòng)筒和助力器等組成，處于液壓系統(tǒng)的末端，將傳遞來(lái)的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化成執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)壓力能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。

控制部分主要包括流量閥、壓力閥、方向閥和伺服閥等閥門部件，控制著液壓系統(tǒng)的流量、壓力和運(yùn)動(dòng)方向。

輔助部分的主要包括導(dǎo)管、壓力表、油濾等部件，提供對(duì)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示及安全運(yùn)行提供結(jié)構(gòu)支撐。

2.液壓系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，最具代表性的飛機(jī)液壓系統(tǒng)當(dāng)屬采用35MPa 工作壓力的波音B787 和空客A380 客機(jī)。

B787 是波音公司民機(jī)中首個(gè)且是唯一采用35MPa液壓系統(tǒng)的客機(jī)，其液壓系統(tǒng)架構(gòu)采用了相互獨(dú)立的左、中、右3 套液壓系統(tǒng)的形式。左、右液壓系統(tǒng)為B787 客機(jī)液壓系統(tǒng)的主體，其動(dòng)力源為1 臺(tái)作為主泵的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵（EDP）和1 臺(tái)作為輔泵的兩級(jí)功率電動(dòng)泵（EMP）。其中主泵EDP 的功率為95L/min，其工作貫穿客機(jī)的整個(gè)飛行過程；輔泵EMP 的功率可分為一級(jí)功率106L/min 和二級(jí)功率141L/min 兩級(jí)。輔泵僅在起、降過程中為液壓系統(tǒng)提供額外的動(dòng)力，或者在緊急情況下代替主泵提供應(yīng)急動(dòng)力。中液壓系統(tǒng)被設(shè)置為備份系統(tǒng)，但在正常狀態(tài)下也為前/后緣襟翼及起落架轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)提供液壓動(dòng)力。在飛機(jī)的右側(cè)翼身整流罩內(nèi)安裝有額定功率為72L/min 的沖壓渦輪泵，其作用是在左、右液壓系統(tǒng)均失效的情況下作為最后的動(dòng)力源為主飛控系統(tǒng)提供應(yīng)急液壓能源。

空客A380 也使用35MPa 液壓系統(tǒng)，其液壓系統(tǒng)架構(gòu)采用黃、綠2 套傳統(tǒng)的液壓作動(dòng)系統(tǒng)，其動(dòng)力由8 臺(tái)EDP 和4 臺(tái)EMP 構(gòu)成。8 臺(tái)EDP 通過專用的離合器分別與飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)相連，每臺(tái)EDP 之間相互獨(dú)立。A380 客機(jī)使用的是威格士公司的PV3-300-31 型EDP泵，配置了帶有脈動(dòng)衰減器的斜盤式恒壓變量柱塞泵，具有較小的運(yùn)行噪聲和振動(dòng)。

二、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

一是工作壓力提升。液壓系統(tǒng)的工作壓力影響工作效率、系統(tǒng)重量和體積等，國(guó)內(nèi)外始終堅(jiān)持著對(duì)液壓系統(tǒng)的壓力等級(jí)提升的研究。在將近百年的發(fā)展歷程中，飛機(jī)液壓系統(tǒng)工作壓力從最開始C-47 運(yùn)輸機(jī)的7MPa 到主流飛機(jī)F16 等機(jī)型的21MPa 和SU-27 等機(jī)型的28MPa，進(jìn)入新世紀(jì)后發(fā)展到大型客機(jī)采用的35MPa。未來(lái)，基于35MPa 的飛機(jī)液壓系統(tǒng)將逐步成熟并占據(jù)市場(chǎng)。

二是動(dòng)力系統(tǒng)多元化。傳統(tǒng)飛機(jī)液壓系統(tǒng)的動(dòng)力系統(tǒng)有著嚴(yán)格的主、備用的劃分，其使用順序存在著明顯的優(yōu)先級(jí)差別。在波音737-300 之后，各機(jī)型逐漸減小了2 套動(dòng)力系統(tǒng)之間的差距。待到B757 之后，波音的系列飛機(jī)中逐漸形成了“左-中-右”3 套動(dòng)力系統(tǒng)的液壓模式，各動(dòng)力系統(tǒng)之間趨于同級(jí)化。而在空客飛機(jī)上，其液壓系統(tǒng)自一開始便采用了多套動(dòng)力系統(tǒng)并行的模式，在A380 上更是采用了2H/2E 的形式，融入了2 套電系統(tǒng)。

三是脈動(dòng)低壓化。隨著液壓系統(tǒng)工作壓力的提高，液壓油流量增大，同時(shí)液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境越趨復(fù)雜，由動(dòng)力系統(tǒng)引發(fā)的壓力脈動(dòng)以及隨之產(chǎn)生的管道振動(dòng)越來(lái)越突出。因此，采取合理的措施降低脈動(dòng)壓力是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。

四是多電化。電控制的優(yōu)勢(shì)是能對(duì)輸入的指令快速地反應(yīng)，因此在軍用飛機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)逐步成熟及作動(dòng)器等器件的更新發(fā)展，民機(jī)也逐漸開始使用這一技術(shù)?？湛虯380 采用的2H/2E 液壓系統(tǒng)便采用了2 套電系統(tǒng)，而波音在B787 上也采用了電系統(tǒng)EMP 控制其中某些舵面，并將其液壓剎車改成了電剎車。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，在安全性和可靠性逐漸得到保障的情況下，多電化會(huì)成為飛機(jī)液壓系統(tǒng)更加青睞的技術(shù)發(fā)展方向之一。

三、常見故障分析

在實(shí)際使用中，液壓系統(tǒng)經(jīng)常由于種種原因而出現(xiàn)壓力泄漏等問題，從而引發(fā)故障。主要包括以下7個(gè)方面。

一是系統(tǒng)污染。在飛機(jī)的使用壽命周期內(nèi)，均需對(duì)液壓系統(tǒng)系統(tǒng)的污染度進(jìn)行有效的控制，若污染度超標(biāo)必將大大降低液壓系統(tǒng)附件的產(chǎn)品性能，進(jìn)而引發(fā)故障發(fā)生。

二是固體顆粒污染。作為工作介質(zhì)的液壓油常常因?yàn)槲肟諝?、水或粉塵等受到污染而造成工作壓力的下降，引起管道的顫振，又或者是造成零件的小孔堵塞失靈等嚴(yán)重后果。因吸入粉塵或者因零件之間的相互摩擦產(chǎn)生粉末，液壓油將迅速被污染并將這些固體顆粒輸送到整個(gè)系統(tǒng)的管道中，其中包含了一些直徑較小的管路及節(jié)流孔等，其后果便是造成堵塞并損傷精細(xì)零件，引發(fā)系統(tǒng)故障。

三是水污染。液壓油混入水形成污染后，對(duì)于在高空飛行的飛機(jī)而言，其液壓系統(tǒng)時(shí)刻面臨著被遇冷形成的小冰晶堵塞管道造成液壓系統(tǒng)失靈的危險(xiǎn)，同時(shí)金屬部件在與水的接觸過程中更容易出現(xiàn)銹蝕而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞。

四是空氣污染。液壓油的壓力降低后，空氣污染會(huì)逐漸溢出聚集成小氣泡，隨著液壓油運(yùn)動(dòng)到高壓區(qū)又會(huì)受到絕熱壓縮而潰滅，極易引發(fā)脈動(dòng)振蕩的氣穴。另外，空氣中的氧氣還會(huì)引發(fā)液壓油的氧化變質(zhì)，形成酸性環(huán)境后腐蝕管道，影響液壓系統(tǒng)的安全。

五是內(nèi)部殘留污染。除了空氣、水分、灰塵等，液壓任務(wù)系統(tǒng)在執(zhí)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在高溫條件下，橡膠密封膠圈會(huì)出現(xiàn)老化磨損等情況，同樣會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成污染，引發(fā)系統(tǒng)故障。

六是管路應(yīng)力安裝。液壓管路如果存在安裝應(yīng)力，在長(zhǎng)期高振動(dòng)環(huán)境下工作，極易發(fā)生導(dǎo)管滲漏油或者斷裂故障，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力滲漏，危及飛行安全。

七是不合理的設(shè)計(jì)。液壓系統(tǒng)不合理的分布設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)等問題極易造成液壓系統(tǒng)散熱困難而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)部件工作不穩(wěn)定。尤其是管路之間由于布置過于緊密而使維護(hù)愈加困難，從而為下一次故障的出現(xiàn)埋下了隱患。

四、維護(hù)方法

鑒于飛機(jī)液壓系統(tǒng)常見的各種故障分析，科學(xué)合理的維護(hù)是保障其安全、有效運(yùn)行的必要環(huán)節(jié)。

一是科學(xué)合理的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)階段必須充分考慮到液壓系統(tǒng)各組件的散熱和維護(hù)需求，嚴(yán)格按照液壓系統(tǒng)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。在總體設(shè)計(jì)時(shí)，增大維修通道、合理布置液壓附件和導(dǎo)管等，以提高液壓系統(tǒng)的維修性。除此之外，傳統(tǒng)的集中式液壓作動(dòng)系統(tǒng)遍布全機(jī)，液壓管路和操縱拉桿也像蜘蛛網(wǎng)一樣密布，占據(jù)了大量空間和重量，因此，用電傳替代傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)可以大大減少液壓系統(tǒng)的空間和重量，間接地提高液壓系統(tǒng)的修護(hù)性。

二是選用高性能的元器件。盡可能選用性能好、可靠性強(qiáng)的液壓附件，選用高精度的油濾以保證液壓油在工作時(shí)的清潔度，優(yōu)選大容積的自供增壓油箱以增強(qiáng)油箱的散熱效果，進(jìn)而提升液壓系統(tǒng)的抗污染能力。

三是采用先進(jìn)監(jiān)測(cè)手段。積極引進(jìn)融合電控制系統(tǒng)，采用磁塞等先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)液壓油的污染情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)液壓油油箱進(jìn)行升級(jí)改造，使其具備箱外顯示油量的功能，從而減少油箱的開蓋次數(shù)，降低污染物通過油箱進(jìn)入液壓油造成污染。

四是培養(yǎng)專業(yè)維修團(tuán)隊(duì)。培養(yǎng)一支由專業(yè)液壓系統(tǒng)維修人員組成的維修隊(duì)伍是十分必要的。液壓系統(tǒng)維修人員必須經(jīng)過有關(guān)污染控制標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)規(guī)定的培訓(xùn)，同時(shí)在上崗前必須通過職業(yè)道德和責(zé)任性教育。維修人員要清晰地意識(shí)到液壓系統(tǒng)維修工作的重要性、艱苦性和長(zhǎng)期性。

五、發(fā)展展望

液壓系統(tǒng)憑借其對(duì)力和力矩傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)等，在現(xiàn)代飛機(jī)中占據(jù)了不可替代的地位，同時(shí)其相關(guān)的技術(shù)也在不斷地發(fā)展和進(jìn)步，可預(yù)見的是，在未來(lái)的液壓系統(tǒng)將逐漸融合更多、更先進(jìn)的技術(shù)，從而發(fā)揮更大、更重要的作用。

液壓系統(tǒng)的工作特點(diǎn)和運(yùn)行方式注定了會(huì)遇到如液壓油被污染等不可回避的問題，若得不到適當(dāng)?shù)目刂苹蚪鉀Q，必然會(huì)引起液壓系統(tǒng)故障，從而造成飛機(jī)操縱失靈等嚴(yán)重后果，產(chǎn)生巨大的安全隱患。在飛機(jī)設(shè)計(jì)階段就必須充分考慮到液壓系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)、合理布置等問題，從元器件優(yōu)選開始進(jìn)行控制故障。通過專業(yè)人員進(jìn)行液壓系統(tǒng)的維護(hù)和維修，確保液壓系統(tǒng)工作的安全和可靠。

隨著飛機(jī)不斷向高速、高機(jī)動(dòng)性、高可靠性等方向發(fā)展，液壓系統(tǒng)必將朝著體積更小、更安全、更可靠、更穩(wěn)定的方向邁進(jìn)。