陳才

【摘 要】本文對(duì)民用飛機(jī)液壓能源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了總結(jié)概述。

【關(guān)鍵詞】民用客機(jī)；液壓能源系統(tǒng)；發(fā)展趨勢(shì)

0 前言

液壓傳動(dòng)具有運(yùn)行平穩(wěn)、穩(wěn)定性高、響應(yīng)快、功率體積比大等優(yōu)良特性，在民用飛機(jī)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，扮演著非常重要的角色。

隨著多電技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，液壓能源系統(tǒng)及液壓子系統(tǒng)（如飛控系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)）本身的技術(shù)進(jìn)步，使得民用飛機(jī)液壓能源系統(tǒng)也在發(fā)生變革，輕量化、智能化、高維護(hù)性、高可靠性是民用客機(jī)液壓能源系統(tǒng)發(fā)展的最主要驅(qū)動(dòng)力，高壓化、應(yīng)用多電技術(shù)等是主要的發(fā)展趨勢(shì)。

1 高壓化

高壓化體現(xiàn)在采用5000Psi的壓力等級(jí)。A380、A350、787飛機(jī)成功采用了5000psi液壓系統(tǒng)，其主要的目的在于飛機(jī)減重和提高系統(tǒng)的維護(hù)性。

根據(jù)《Airplane Actuation Trade study》研究資料顯示，如下圖1所示。圖1中橫坐標(biāo)為系統(tǒng)壓力，縱坐標(biāo)為>3000Psi壓力時(shí)系統(tǒng)重量與3000Psi系統(tǒng)重量的對(duì)比。由圖可知，隨著壓力體制的提高，系統(tǒng)重量減輕，5000Psi系統(tǒng)重量約為3000Psi系統(tǒng)的81%，重量減少了19%，重量包括了液壓能源系統(tǒng)、管路、液壓接頭、飛控作動(dòng)器、起落架作動(dòng)器、艙門作動(dòng)器等所有與液壓源相關(guān)的設(shè)備，并包含了液壓油的重量。

同時(shí)，ARP4752《（R）Aerospace-Design and Installation of Commercial Transport Aircraft Hydraulic Systems》中明確說(shuō)明，相對(duì)于3000psi液壓系統(tǒng)，更高壓力等級(jí)的壓力體制將會(huì)減少系統(tǒng)重量和安裝空間，安裝空間的減少意味著航空公司維修方便，維修性提高。

2 應(yīng)用多電技術(shù)

隨著多電技術(shù)在民用航空領(lǐng)域的廣泛發(fā)展，在傳統(tǒng)液壓能源系統(tǒng)上也有了全新的應(yīng)用，最主要的體現(xiàn)在電作動(dòng)器和局部液壓包的應(yīng)用上，雖然其最終做動(dòng)部分仍然是液壓驅(qū)動(dòng)，但是在能源的輸入以及液壓設(shè)備架構(gòu)上產(chǎn)生了巨大的變化。應(yīng)用多電技術(shù)主要體現(xiàn)在下列兩個(gè)方向。

2.1 電作動(dòng)器

主要體現(xiàn)在飛控系統(tǒng)作動(dòng)器上，傳統(tǒng)的作動(dòng)器為電液壓伺服作動(dòng)器（EHSA），通過(guò)純液壓能源系統(tǒng)進(jìn)行液壓驅(qū)動(dòng)。而現(xiàn)代民用飛機(jī)上采用了電作動(dòng)器EHA/EBHA，EHA內(nèi)部機(jī)理為液壓作動(dòng)，但是需要電源驅(qū)動(dòng)；EBHA內(nèi)部機(jī)理為液壓作動(dòng)，正常工作時(shí)候采用液壓能源系統(tǒng)的液壓源為動(dòng)力源，在非正常情況下采用電源做動(dòng)動(dòng)力源。A350和A380上采用了電作動(dòng)器EHA/EBHA，787飛機(jī)上電作動(dòng)器采用了EMA。

2.2 局部液壓包

傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)采用三套液壓子系統(tǒng)，液壓管路遍布飛機(jī)全身。采用局部液壓包，可以形成局部液壓系統(tǒng)，局部液壓系統(tǒng)控制局部區(qū)域的作動(dòng)器，這樣減少了管路的布置。局部液壓包有電機(jī)、液壓泵、油濾、油箱、單向閥等主要設(shè)備構(gòu)成，以電源為輸入，包括了典型液壓系統(tǒng)的元件。A380飛機(jī)采用了局部液壓系統(tǒng)，在機(jī)翼起落架剎車、前輪轉(zhuǎn)彎、以及機(jī)身起落架剎車三處采用了局部液壓包。

3 泵源控制方式

液壓能源系統(tǒng)最主要的故障是液壓油泄漏。液壓系統(tǒng)是一個(gè)清潔度要求非常高的系統(tǒng)，對(duì)密封性的要求極高，但是由于液壓系統(tǒng)作動(dòng)器的作動(dòng)行為以及全機(jī)上千根導(dǎo)管的連接，導(dǎo)致泄漏是液壓系統(tǒng)的最主要的失效模式。尤其是大泄漏會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵（EDP）產(chǎn)生巨大的影響，從而導(dǎo)致EDP內(nèi)部泵的干磨，一旦EDP被干磨，航空公司將會(huì)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行清洗，影響飛機(jī)的派遣率。目前主流飛機(jī)的EDP采用的是使用Block Valve的形式，通過(guò)阻斷EDP出口的壓力管路從而保護(hù)EDP，而實(shí)際情況是，由于EDP一直隨著發(fā)動(dòng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)，且EDP內(nèi)部仍然存在壓力，依然能夠通過(guò)殼體回油管路排除液壓油，導(dǎo)致系統(tǒng)溫度升高、干磨問(wèn)題不能完全解決等問(wèn)題。目前從A350和A380的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在系統(tǒng)失效的情況下，為了保護(hù)系統(tǒng)，完全將EDP與發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪箱隔斷，從而保證EDP不會(huì)干磨，進(jìn)而不影響到整個(gè)系統(tǒng)。EDP與發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪箱隔斷這種模式的設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)昂貴，但是液壓系統(tǒng)泵源控制的一種方向。

4 系統(tǒng)軟件進(jìn)駐IMA

由于IMA技術(shù)的成熟，以及IMA獨(dú)特的減輕飛機(jī)重量、減少資源的重復(fù)配置、強(qiáng)的容錯(cuò)能力和檢測(cè)能力、高可靠性等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，使得IMA越來(lái)越受到重視，而A350和787飛機(jī)的液壓能源系統(tǒng)控制單元全部進(jìn)駐IMA。液壓能源系統(tǒng)只需要提供軟件，而不需要任何的電子硬件。

液壓能源系統(tǒng)由于其自身的控制特點(diǎn)，比如沒(méi)有響應(yīng)時(shí)間的特殊要求、控制相對(duì)容易簡(jiǎn)單，從而具備進(jìn)入IMA的優(yōu)先條件，從而進(jìn)駐IMA系統(tǒng)也成為了發(fā)展趨勢(shì)。

5 健康管理系統(tǒng)

健康管理是一種在線診斷系統(tǒng)，即飛機(jī)在整個(gè)飛行過(guò)程系統(tǒng)的重要零部件進(jìn)行監(jiān)控，并實(shí)施預(yù)警，在設(shè)備或者系統(tǒng)失效之前，提示航空公司地面機(jī)務(wù)人員對(duì)零部件進(jìn)行更換或者維修。

目前的健康管理技術(shù)主要通過(guò)數(shù)據(jù)采集、故障預(yù)測(cè)模塊、狀態(tài)評(píng)估/對(duì)比模塊、故障預(yù)警來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)對(duì)重要參數(shù)進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控并與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及失效狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，掌握系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)，及時(shí)了解飛機(jī)性能衰減的變化規(guī)律，監(jiān)測(cè)在系統(tǒng)元件發(fā)生故障或?qū)⒁l(fā)生故障時(shí)提供警告信號(hào)或提供維修提示，從而預(yù)測(cè)典型系統(tǒng)及其關(guān)鍵部件的故障發(fā)生時(shí)間。

對(duì)液壓系統(tǒng)而言，最主要的設(shè)備就是泵，針對(duì)泵的研究，目前液壓系統(tǒng)泵源主要供應(yīng)商Parker公司和Eaton公司對(duì)液壓泵狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)均開(kāi)展了相應(yīng)的研究。

健康管理系統(tǒng)的應(yīng)用將最終提高飛機(jī)的應(yīng)用率，降低飛機(jī)運(yùn)營(yíng)和服務(wù)成本。

6 總結(jié)

以上幾個(gè)方面是目前民用飛機(jī)液壓能源系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，把握其發(fā)展方向就把握住了系統(tǒng)的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和前沿發(fā)展技術(shù)，對(duì)民用飛機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)具有重要參考意義。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉衛(wèi)國(guó)，宋受俊，駱光照，王康，王錚.液壓能源集成技術(shù)研究概況及發(fā)展趨勢(shì)[J].微機(jī)電，2012，3.

[責(zé)任編輯：田吉捷]