某型飞机液压系统改进研究-

1、某型飞机液压系统改进研究肖文键奚盛海 甄海万景川 摘要本文简要说明了某型飞机液压系统改进的背景指出该型飞机液压系统失效为相关失效通过分析和试验工作最后简要叙述了研究成果的应用情况助力液压系统和应急液压系统据不完全统计某型飞机由于主液压系统和助力液压系统相继失效事故征候5起2某型飞机液压系统失效机理研究2.1机上地面模拟试验为确认某型飞机液压系统多次发生相继失效的故障机理试验中拆除了助力液压系统液压泵出口导管然后进行地面开车试验过程见表1MPa17min时压力降为0主系统压力保持21MPa不变主系统压力在21MPa左右摆动主系统压力下降到18MPa左右摆动随后主系小于0统组合单向活门接头爆破上述

2、试验结果与飞行事故的发展过程比较吻和某型飞机液压系统相继失效的故障属于相关失效助力液压系统液压泵出口导管的材料均为1Cr18Ni9Ti-JG12在实际使用中a.管路内部流体的脉动应力c.发动机与飞机机体振动不同步引起的导管径向应力管路内部流体的脉动应力是长期存在的流体管道频率特性模型为1主要在400主液压泵和助力液压泵出口管路的仿真计算结果分别见图1和图2 某型飞机主在大部分情况下与液压泵的泵送频率及其回冲频率是错开的在推力发生变化的过程中相对于飞机的轴向位移该应力随发动机工作状态的变化而变化该应力达到最大发动机与飞机机体的振动情况不会完全一致该应力的大小随发动机与飞机机体振动不同步程度而变化

3、尤其是在发动机启动和停车的过程中长此以往导致所属液压系统油液流失而失效液压泵出口不锈钢导管是某型飞机液压系统的薄弱环节液体中都含有一定量的空气溶入液体中的空气量随之增加过饱和的空气就分离出来成为气泡除油中所含的空气析出形成气泡外为保证液压泵可靠地工作增压空气与液压油直接接触0.25MPa 会有空气溶解在液压油里我们认为即主液压油箱与助力液压油箱的增压管路是相通的主液压油箱与助力液压油箱之间还设置有油液连通管助力液压系统之间不完全独立如果一个系统发生油液泄漏故障根据ZB-34液压泵的工作特点油泵的斜盘会迅速增至最大角度由于液压油箱增压管路中增压空气的最大流量只有15l/min油箱内部立刻由增压状

4、态变为负压状态会导致另一个系统的油箱也随之突然失去增压压力并处于负压状态还会受到系统回油射流的强烈扰动在这种情况下3 图3某型飞机液压油箱结构示意图2.4气穴现象导致的流体性能变化从液压油中离散出来的气泡是以油液中原有的一些小气泡为核心液体中气泡所形成的空穴也称为气穴在压力作用下直至溃灭初始时刻气泡表面和表面外的液体将以很高的速度向气泡中心流动液体流动速度为0气泡溃灭此时实验结果表明200MPa引起流体和固壁振动油液中的声速降低空气中的声速为350m/s油液中混入1%的空气油液的动力粘度按下式线性增大2混入空气时油液的动力粘度B没有混入空气时油液的动力粘度油液中混入空气的体积百分比助力液压系统

5、液压泵出口管路的压力比传递特性仿真计算结果管内流体的压力比传递特性发生了明显的变化根据固有频率测试结果也就是说在发动机处于80该导管可能会出现液压泵泵送频率导管固有频率接近的而发生流固耦合的现象2.6某型飞机液压系统相关失效的过程概述综合前文分析当一个液压系统发生故障会导致另一个液压系统油箱突然失去增压并处于负压状态一部分油液和气体通过油液连通管进入故障系统油箱并泄漏到机外而混有大量气泡和汽泡的其它油液在液压泵吸油腔的抽吸作用下油液的蒸汽也进入气泡中导致液压泵进口出现严重的气穴现象油液被柱塞增压产生局部的压力冲击并使液压泵的供油流量脉动加剧同时使得油液的体积弹性模量急剧降低导致液压泵出口管路内

6、的流体液压脉动频率发生急剧变化这样迫使导管或部件产生疲劳而迅速破坏设置了主液压系统但是导致主液压系统在特定情况下会发生相关失效3某型飞机液压系统改进研究3.1液压系统改进方案简介进行液压系统改进的目的在于消除原机液压系统的薄弱环节改进工作包括以下三个方面的内容助液压系统油泵出口的导管材料利用软管的变形能力来消除原不锈钢导管承受的变形和应力为了提高液压系统的安全余度必须断开液压油箱油液连通管和增压连通管图5是某型飞机液压油箱油液连通管结构示意图用一个可以人工控制的液压油箱转换活门替换原机液压油箱内的工艺堵塞图5油液连通管结构示意图图6加装油量均衡控制装置后的连通管新设计的液压油箱转换活门为断开/

7、连通两位手动转换活门转换活门处于断开位置使其连通功能丧失图7是某型飞机液压油箱增压连通管结构示意图只能采取堵死通往助力液压油箱通路的方案增压管路隔离组件图7增压连通管结构示意图图8改装后的增压连通管结构示意图用一个可拆卸的增压接管嘴该增压接管嘴与助力液压油箱增压管路连接必须对两个液压油箱分别增压从减压器出口分成两路由于飞机的液压油箱为密闭式压力加油在增压系统改装方案中增设了助力液压油箱增压放气管路 3.2 研究过程中的主要分析和试验工作 上述方案除了结构上能否实现以外 由于改变了液压油箱原先的工作状态 是否可行 还取决于液压油箱及其隔板在使用过程中是否会损坏 是否需要更换液压油箱 研究过程 中

8、主要进行了液压油箱极限压力试验和液压油箱隔板强度分析 主要结论是 a. 正常情况下 主 助液压油箱中间隔板所承受的增压空气压力差不大于 0.25MPa b. 两个液压油箱增压压力均为 0.25MPa 时 在应急放起落架过程中 主液压油箱最大 表压 0.5MPa 液压油箱及隔板无损坏 c. 放尽助力油箱油液 主液压油箱油量在刻度上限 油箱增压 0.25MPa 应急放起落 架过程中 主液压油箱瞬间最大表压不超过 0.5MPa 液压油箱及油箱隔板无损坏 d. 主 助液压油箱中间隔板经过 1000 次 交变载荷为 0.25MPa 的加载试验后 隔 板无损坏 也无明显变形 e. 液压油箱隔板在 0.25

9、MPa 压差载荷作用下的最大应力为 26.66MPa 远小于隔板材 料的疲劳持久极限 113MPa 因此 可以认为在 0.25MPa 载荷作用下 油箱隔板可以承受近 乎无限次的应力循环 大于 2 107 周 而不会发生破坏 通过上述分析和试验工作 可以得出以下结论 将主 助液压油箱完全隔离并分别增 压以后 在极限使用条件下 液压油箱不会损坏 液压油箱隔板也不会发生疲劳破坏 因 此 改装过程中不需要更换液压油箱 图 9 改装前的液压油箱应急加油口 图 10 改装后的液压油箱应急加油口 4 飞机改装及应用情况 为验证改装方案在飞机上实施的可行性和效果 于 2001 年 7 月在两架飞机上实施了试 改装 并完成了液压油箱密封性 液压系统气密性 地面正常增压 超压试验和地面发动 机开车检查 证明方案合理 可行 飞机改装工作量不大 经过近一年的试用 改装后的飞机液压系统性能稳定 符合技术要求 2002 年上级机 关批准在所有该型飞机上全面推广应用这一研究成果 参考文献 1 张楠