摘要：該文針對某型飛機由于座艙蓋液壓系統(tǒng)含氣引發(fā)的故障，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)工作原理分析故障發(fā)生的原因，采取組建地面聯(lián)調(diào)聯(lián)試環(huán)境、機上實際工況驗證、周期性驗證等方式，驗證了導(dǎo)致座艙蓋液壓系統(tǒng)進氣的多種可能，找出了導(dǎo)致座艙失密的關(guān)鍵影響因素，制定了檢測方法，增加了控制措施，消除了質(zhì)量隱患，以確保裝備安全。

關(guān)鍵詞：座艙蓋液壓系統(tǒng)；進氣；座艙失密；余壓控制

1概述

在液體系統(tǒng)中進入空氣后會降低系統(tǒng)的傳動剛度，導(dǎo)致系統(tǒng)動力下降、壓力不穩(wěn)定。通常認為，溶解于液體中的空氣一般不會影響油液的體積彈性模量［1］，也不會對液壓油的品質(zhì)造成影響，但一旦溶解的氣體因局部低壓從油液中析出形成氣泡，或者在液體加注過程中帶入空氣，部附件密封不良在工作過程中吸入空氣，都將形成游離在液體中的氣體，對液壓系統(tǒng)和液壓元件造成嚴(yán)重的影響和危害。

2故障概況

構(gòu)建密閉式座艙，是飛機對乘員進行環(huán)境控制的前提，空中失密可能造成乘員艙空氣壓力快速下降，乘員空中缺氧等情況，是現(xiàn)代飛行器必須避免的故障。對于某型飛機而言，由于其獨特的結(jié)構(gòu)，座艙蓋的開關(guān)過程與鎖閉，是由氣液兩種工作介質(zhì)共同參與，在一次飛行過程中出現(xiàn)座艙失密，經(jīng)查故障原因為座艙蓋液壓操縱系統(tǒng)混入氣體，放出油液呈乳化現(xiàn)象（圖1），導(dǎo)致座艙蓋液壓操縱系統(tǒng)未能可靠鎖定，飛行過程中座艙蓋操縱作動筒緩慢伸出，最終導(dǎo)致座艙密封失效，同年類似的問題再次發(fā)生，急需對液壓系統(tǒng)含氣情況進行研究，以避免液壓系統(tǒng)進氣影響飛行安全。

3系統(tǒng)工作原理

該型機座艙蓋系統(tǒng)主要由座艙蓋操縱作動筒、油箱、氣動操縱開關(guān)等部件組成，座艙蓋操縱系統(tǒng)由氣、液兩種工作介質(zhì)共同參與工作，正常工作時氮氣作為工作動力源，液壓介質(zhì)僅隨動流動。

當(dāng)氣動開啟座艙蓋時，自減壓器組件提供的高壓氣體進入座艙蓋操縱作動筒的氣壓腔下部，座艙蓋手動開啟機構(gòu)的氣壓作動筒和液壓油箱的氣壓腔內(nèi)。氣體進入氣壓作動筒后，氣壓作動筒工作將操縱開關(guān)的活塞桿移至中立位置，液壓油可自由地從活塞桿的上腔轉(zhuǎn)入活塞下面的腔，解除座艙蓋作動筒的鎖定狀態(tài)（圖2）。

此時進入座艙蓋操縱作動筒氣壓腔下部的工作氣體推動氣壓腔活塞桿向上運動，使座艙蓋開啟。（圖2打開狀態(tài)）。當(dāng)內(nèi)、外開啟手柄回復(fù)中立位置時，座艙蓋操縱開關(guān)切斷向氣壓管路的供氣，系統(tǒng)內(nèi)殘余的氣壓反向通過座艙蓋操縱開關(guān)連通大氣的殼體排入大氣，操縱開關(guān)的活塞桿回復(fù)初始位置，截斷液壓通道，鎖定座艙蓋操縱作動筒的活塞桿（圖2鎖定狀態(tài)）。

座艙蓋關(guān)閉時與上述工作情況類似，僅高壓氣體進氣通道變?yōu)樽撋w操縱作動筒的氣壓腔上部，座艙蓋手動開啟機構(gòu)的氣壓作動筒和油路活門的氣壓腔內(nèi)。

4故障原因分析

根據(jù)系統(tǒng)原理，分析造成座艙蓋液壓系統(tǒng)內(nèi)有氣的可能原因有三點。第一，由于系統(tǒng)由氣液兩種工作介質(zhì)共同參與工作，兩種介質(zhì)在座艙蓋操縱作動筒、油箱、油路控制活門處有氣液間隔結(jié)構(gòu)，工作隔離面之間存在工作介質(zhì)交換的可能，從而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)內(nèi)部進氣。第二，液壓油中含氣量高，在工作過程中由于壓力變化和溫度變化導(dǎo)致油液中融入的氣體析出，融合后形成游離氣體態(tài)。第三，由于該型機座艙蓋液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，部件較少，系統(tǒng)總體油量較少，加油等過程中一旦帶入氣體，很容易對系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來較大的影響。為此建立故障樹如圖3所示。

5失效驗證

5.1液壓油中氣體析出驗證

由于油液中氣體會隨著壓力的變化和溫度的變化不斷發(fā)生溶解和析出現(xiàn)象，座艙蓋在開關(guān)過程中，液壓系統(tǒng)的壓力隨氣動系統(tǒng)工作介質(zhì)和座艙蓋重力的影響，壓力產(chǎn)生較大幅度的波動［2］。測量實際工況下，座艙蓋液壓系統(tǒng)的壓力波動曲線，發(fā)現(xiàn)座艙蓋關(guān)閉并鎖定后，實際座艙蓋液壓系統(tǒng)內(nèi)部的壓力基本均衡，正常情況下，座艙蓋操縱作動筒下腔的壓力，源自油箱彈簧產(chǎn)生的壓力，計算油箱理論可產(chǎn)生的最大液壓力可知，油箱內(nèi)部彈簧可產(chǎn)生0118MPa的液壓壓力，通過實際測量，系統(tǒng)穩(wěn)定后的余壓基本保持在（0.1～0.12）MPa（壓力波動曲線見圖4）。根據(jù)某型機飛行包線和大氣溫度高度變化情況，可知座艙蓋液壓系統(tǒng)溫度在（+40～-25）℃范圍之間。

將所有產(chǎn)品安裝在可靠性試驗中心試驗臺雙座壽命試驗臺（以下簡稱試驗臺），安裝壓力表用于記錄作動筒液壓上腔、液壓下腔、手動開啟機構(gòu)油箱腔壓力值，完成注油、排氣，常溫條件下開關(guān)座艙蓋20個循環(huán)，記錄液壓系統(tǒng)各個腔的壓力變化情況，由于游離態(tài)的氣體無法通過在線的方法檢測，因此每執(zhí)行一定次數(shù)的開關(guān)循環(huán)工作，通過向系統(tǒng)加注液壓油的方式，將系統(tǒng)中的空氣擠出，測量系統(tǒng)內(nèi)實際產(chǎn)生的氣體。

由于實際飛行的工況主要處于低溫環(huán)境，在常溫試驗完成后將系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試環(huán)境整體降至-25℃，再次開關(guān)座艙蓋20個循環(huán)，記錄液壓系統(tǒng)各個腔的壓力變化情況，再次測量系統(tǒng)中是否有氣。通過常溫和低溫試驗，發(fā)現(xiàn)工作過程中氣體自液壓油中析出情況不明顯，說明短時工作情況下液壓油中析出的氣體不影響系統(tǒng)功能，試驗實際檢測數(shù)據(jù)見圖5。

5.2產(chǎn)品串氣驗證

計劃通過機上實際工況，驗證超差零部件裝機后是否能夠造成氣液互串的可能，即換裝密封處有損傷的座艙蓋操縱作動筒、油箱、油路控制活門。按照外場周期性使用當(dāng)量計算，通過開關(guān)座艙蓋，實際模擬外場使用情況，驗證在一定工作循環(huán)后，系統(tǒng)是否出現(xiàn)功能超差，檢查是否發(fā)生氣液互串情況。

按方案換裝超差產(chǎn)品開關(guān)座艙蓋系統(tǒng)5個循環(huán)，共收集系統(tǒng)余氣共100ml左右；重新加油后開關(guān)座艙蓋系統(tǒng)20個循環(huán)，共收集系統(tǒng)余氣共200ml左右，同時發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)余壓由上腔0.087MPa增至0.116MPa，下腔由0.114MPa增至0.126MPa；重新加油后開關(guān)座艙蓋系統(tǒng)200個循環(huán)，共收集系統(tǒng)余氣500ml左右，系統(tǒng)余壓超差均為0.32MPa，重新對系統(tǒng)進行加油排氣，系統(tǒng)余壓降低至0.11MPa。說明零件超差或損壞，將會導(dǎo)致座艙蓋液壓系統(tǒng)內(nèi)部串氣，繼而導(dǎo)致液壓系統(tǒng)壓力升高。在座艙蓋操縱作動筒上腔、泵箱組件、油路活門三者中，由于座艙蓋操縱作動筒液壓上腔在關(guān)閉時系統(tǒng)壓力為負數(shù)，因此座艙蓋操縱作動筒液壓上腔與氣腔的隔離失效對系統(tǒng)的影響最大，串氣造成的系統(tǒng)極限壓力受作動筒上集油杯的最大承受力而定。

為驗證該型飛機實際服役后系統(tǒng)內(nèi)液壓油含氣變化情況，考慮季節(jié)變化、緯度差異、維護保障性差異可能帶來的影響，選取一定量的飛機，時間上分夏季、秋季、冬季，地理位置上根據(jù)實際布置情況分別開展系統(tǒng)壓力變化和油液含氣情況檢測工作，分析環(huán)境對系統(tǒng)溶氣性的影響。通過近一年的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)部分架次座艙蓋液壓系統(tǒng)中有少量氣體（下表），但液壓系統(tǒng)整體壓力均未增長，分析應(yīng)是部分飛機在長時間的使用過程中，油液中析出氣體或產(chǎn)品負壓吸氣的造成，但該情況由于游離態(tài)氣體較少，不對系統(tǒng)功能產(chǎn)生影響。

5.3加油故障驗證

由于該型機加油通過地面油車的方式加油，油車循環(huán)過程或加注過程中均有可能產(chǎn)生氣體，因此設(shè)計非常規(guī)加油方案，以驗證是否可能造成系統(tǒng)進氣或殘留壓力。將加油車內(nèi)的油液液面降低至回油口以下，使加油過程中自加油車中供出的液體帶有大量氣體，如不按要求進行排氣，直接向系統(tǒng)內(nèi)用手動方式加油，則可將前期加入的氣體封存在系統(tǒng)中，系統(tǒng)余壓隨之增大。通過機上加油驗證，如不按要求進行加油或清洗排氣，將直接在系統(tǒng)內(nèi)形成大量的游離態(tài)氣體，系統(tǒng)的余壓也隨油車的最大加油壓力隨之增大，因此該種方式導(dǎo)致的故障影響程度最高，應(yīng)是所有管控最重要的環(huán)節(jié)。

6改進措施

6.1提高產(chǎn)品品質(zhì)，降低串氣風(fēng)險

根據(jù)液壓與氣動密封理論以及試驗，為確保產(chǎn)品密封性，降低產(chǎn)品串氣導(dǎo)致的系統(tǒng)進氣的可能性，需要在制造和修理時提高座艙蓋操縱作動筒、油箱、油路控制活門活動部位粗糙度，嚴(yán)格控制活動部位的密封間隙。同時為增加產(chǎn)品密封性能，將液壓腔活塞桿密封由單側(cè)氟塑料擋圈保護，更改為雙側(cè)氟塑料擋圈保護，改善活塞桿往復(fù)運動密封性。

6.2嚴(yán)控加油過程，增加余氣檢查方法

針對現(xiàn)有設(shè)備低油量時可能使加注油液中混有大量氣體的情況，對加油車設(shè)計進行改進，降低循環(huán)過程中產(chǎn)生氣體的可能，加油前檢查加油車應(yīng)有足夠的油液，在整個加油過程中進行“打開—關(guān)閉”活動座艙蓋不少于5個循環(huán)以促進余氣排出［3］。避免座艙失密故障的關(guān)鍵是防止含氣的座艙蓋液壓系統(tǒng)余壓過高，因此當(dāng)加油完成后，增加座艙蓋液壓系統(tǒng)余氣檢查，當(dāng)座艙蓋關(guān)閉時，測量機上“注油口”和“放油口1”“放油口2”的壓力均不大于0.15MPa。

結(jié)語

通過模擬試驗和使用狀態(tài)檢查，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)工作有可能引起座艙蓋液壓系統(tǒng)進氣，但游離態(tài)氣體較少，不會影響系統(tǒng)余壓，對飛行安全無影響；產(chǎn)品內(nèi)部串氣也可以導(dǎo)致座艙蓋液壓系統(tǒng)內(nèi)部進氣，系統(tǒng)內(nèi)的余氣隨使用次數(shù)的增加逐漸增多，余壓逐漸增大；加油過程中造成的系統(tǒng)進氣危害性最大，應(yīng)重點關(guān)注并采取措施嚴(yán)加管控。

參考文獻：

［1］唐東林，吳凡，賈品元，等.含氣油液有效體積彈性模量理論模型研究［J］.中國機械工程，2017，28（3）：300304.

［2］肖瓏，馬曉娟.液壓與氣壓傳動技術(shù)［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007.

［3］張孟.某型飛機液壓剎車系統(tǒng)氣塞的排除方法［J］.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2020（4）：6465.

［4］王煥林，李振賀，李鵬.某型飛機空中座艙失密故障分析［J］.航空維修與工程，2021（6）：7981.

作者簡介：倪偉（1979—），男，苗族，湖南龍山縣人，碩士，工程師，主要從事飛機修理工作。