探索飞机冲压空气涡轮地面检测方法与试验

探索飞机冲压空气涡轮地面检测方法与试验

内容摘要：飞机液压能源系统由发动机驱动泵、电动泵和一台冲压空气涡轮（RAT）组成，当飞机自身液压系统全部失效后，需要冲压空气涡轮为飞机相应液压系统及应急发电机提供动力源，操作飞机舵面及其它液压用户工作。因而由于RAT自身结构特点，需要叶片旋转到一定转速，叶片旋转的转速又需要地面设备提供相应的压力、流量，只有当叶片旋转的转速与提供相应的压力产生匹配关系后RAT才能正常工作。但是飞机在地面状态时需要检查冲压空气涡轮是否满足飞机实际液压系统压力需求，因此需要寻找出一种简单、可靠的方法检查冲压空气涡轮性能。关键词：RAT地面设备匹配关系0引言冲压空气涡轮是飞机应急电力和液压系统的重要组成部分。飞机在液压系统、辅助动力系统（APU）完全失效时使用的应急涡轮动力装置，在飞机失去推进动力的紧急情况下，产品利用飞机滑行速度，吸收相对气流的冲压能量，通过涡轮和调速装置转变为一定范围转速的机械能，驱动液压泵向飞机提供应急液压能，以操作飞机安全着陆。1冲压空气涡轮（RAT）简介冲压空气涡轮是为飞机在失去主动力和辅助动力是进行应急迫降而设计的，以提高飞机的生存性。该系统利用飞机的动能工作，在特定情况下，从飞机上应急放下一个螺旋桨，利用空气动力使螺旋桨高速的旋转运动带动与之相连的液压泵，产生必要的液压能源，用于保证飞机操作系统、液压系统和电子设备的应急功能供电。RAT系统需布置在非气密舱，为了得到较好的气动力载荷和释放角度，大型飞机的RAT系统通常布置于飞机机身或机翼下部，只在紧急状态下才会伸出，分为自动启动和飞行员手动启动两种。冲压空气涡轮的输出功率由飞机的速度决定，速度越快，输出功率也就越大。2冲压空气涡轮（RAT）原理冲压空气涡轮不工作时处于收回状态，涡轮部件、液压泵、作动筒齿轮箱组件，多功能组合液压泵均不工作，收放作动筒主弹簧受压蓄能，但由于上位锁的作用，作动活塞在收入位置，并使液压泵和涡轮部件处于收入状态，通过连杆与支撑臂铰接点连接的舱门处于关闭状态。冲压空气涡轮通过机电管理计算机自动决策控制其放出，还可通过驾驶舱顶控板上液压系统控制板上RAT开锁按钮手动控制其放出，手动和自动放出条件为：自动放出条件:飞机空速满足要求，所有液压泵失效或主电源和辅助电源均失效时。手动放出条件：地面维护时，或空中需要手动放出时，按下驾驶舱顶控板液压控制板上的RAT“开锁”按钮时，手动放出RAT。在飞机着地后，利用地面液压源或修复的机上液压源和地面维护控制器使作动筒收回，重新置RAT系统于收回待命状态。当在空中飞机液压系统和供电系统失效时，冲压空气涡轮自动放下，依靠风速将RAT叶片至相应转速，带动后部液压泵提供压力，供给飞机3号液压系统为飞机飞控系统提供液压能，供给应急发电机为飞机供电。所以在地面要用相应设备模拟叶片在空中转动至相应转速，使RAT建立压力21MPa，为飞机供压。2地面模拟试验飞机在地面需要验证RAT设备是否具有其应有的功能，然而在地面进行飞行前的检查应该通过简单、可行的方案和设备来验证RAT具有输出额定压力的能力。2.1冲压空气涡轮模拟设备RAT模拟设备选取主要由高速液压马达（以下简称“液压马达”）、RAT地面维护控制器、辅助吊挂等组成。液压马达通过法兰安装在RAT齿轮箱后端，用螺栓紧固，液压马达后部的高压油口、低压油口分别与油泵车的高压油管和回油管相接。RAT地面维护控制器用电缆与RAT相连，电源插头与飞机主起落架舱内28V电源插座相接。通过RAT地面维护控制器可以实时监测RAT叶片转速，防止RAT叶片转速超过额定成品最大转速导致RAT设备机械损伤。2.2冲压空气涡轮驱动设备液压油泵车配有一根专用RAT功能检查回油管，工作时，使用油泵车正常输出高压油液，油泵车的高压油管与检测设备的高速液压马达高压油口相接，专用RAT功能检查油管一端接在自循环回油接头上，另一端与检测设备的高速液压马达低压油口相接。使用油泵车内的柴油机联动油泵车的柱塞泵快速建立压力，输出高压油驱动RAT检测设备中的液压马达高速转动，液压马达内的花键轴连接RAT本体，进而实现RAT叶片转动。通过这种方式可以模拟RAT叶片在空中靠飞机飞行的强大气流转动的状态，使RAT本体液压泵建立压力，为飞机各系统输出额定压力。连接方式见图1。图1冲压空气涡轮地面试验连接图图1中1为RAT本体、2为液压马达、3为固定卡箍、4为液压油泵车、5为地面转速显示器2.3试验方法通过液压油泵车驱动RAT叶片转动，当叶片转速由0转数至一定范围是压力建立合格，因此本试验目的为：1）验证由液压油泵车驱动RAT叶片转动是否稳定。2）验证RAT叶片到达一定转数时压力是否能快速建立。3）验证油泵车供压使RAT顺利越过防停转区。4）验证RAT在确定某一转数时液压系统压力稳定建立为21MPa。5)获取RAT不同状态时油泵车压力、流量对应关系。6）监控RAT输出额定压力后，飞机液压用户运动过程中RAT输出压力波动范围及RAT泵转速范围。正常启动油泵车，使柴油机处于怠速状态运转（该台油泵车怠速转速约为700rpm），观察RAT地面维护控制器显示的RAT转速（约2800rpm），调节压力旋钮至最大21MPa，调节油泵车控制油门提高柴油机转速（约900rpm），使RAT泵的转速逐渐升高并基本稳定在3200rpm±200rpm左右，RAT转动平稳。操作液压油泵车在1～3S内迅速将油泵车柴油机油门调大（柴油机转速1800rpm）使油泵车流量输出增大，油泵车显示输出压力（18.0MPa～20.5MPa），显示额定输出流量，此时RAT地面维护控制器显示的转速达到约5730rpm～5800rpm稳定锁紧油泵车油门调节旋钮，RAT转动平稳。飞机液压系统压力建立正常为21MPa。上述试验过程如果RAT叶片转速显示超过RAT成品额定转速时，应减小油泵车的输出流量。如果转速显示超过RAT成品所能承受的最大转速时，则立即执行油泵车急停操作程序，停止油泵车供压。2.4试验结果总结试验过程中管路连接良好，没有出现液压油渗漏和油管的振动，试验中RAT运行平稳，RAT建立压力后输出压力平稳，在操纵飞机液压系统用户时RAT泵转速下降后可以快速上升，满足RAT功能要求。试验结束后检查RAT外观正常。油泵车运行良好，按照地面全状态联试摸索的操作方法和程序为RAT供压，使RAT顺利越过防停转区并能平稳运行。本次试验：验证了液压油泵车驱动RAT叶片转动能够使叶片稳定；验证了油泵车功率特性可以满足RAT功能检查需求（即：通过快速调手油门，在3s内使柴油发动机转速升至约1800rpm，使油泵车的输出流量达到110L/min～120L/min）。验证油泵车供压使RAT顺利越过防停转区。验证RAT在5800rpm转数时液压系统压力稳定建立为21MPa。这次试验可以用于冲压空气涡轮在飞机上安装后的检查方法，该方法可以满足飞机不同状态下的检查，通过这次试验也初步获取RAT不同状态时油泵车压力、流量对应关系，以及RAT正常工作时可以为飞机液压系统建立稳定压力，进而保证了液压