吊聲液壓系統(tǒng)超壓告警指示燈閃燈現(xiàn)象分析及試驗研究

龔方友 馬江華 熊子奇

（第七一五研究所，杭州，310023）

吊聲液壓系統(tǒng)超壓告警指示燈閃燈現(xiàn)象分析及試驗研究

龔方友 馬江華 熊子奇

（第七一五研究所，杭州，310023）

分析航空吊放聲吶系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)超壓告警指示燈閃現(xiàn)象的原因，提出了多種解決措施，并通過試驗驗證了原因分析的正確性和措施的有效性。

吊放聲吶；液壓系統(tǒng)；超壓告警；絞車

航空吊放聲吶系統(tǒng)工作時，航空液壓絞車通過直升機(jī)平臺提供的液壓源，將聲吶探頭高速下放到指定深度進(jìn)行探潛任務(wù)，探潛結(jié)束后再將聲吶探頭高速回收就位。吊放聲吶液壓系統(tǒng)（簡稱吊聲液壓系統(tǒng)）是直升機(jī)液壓系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)超壓是一個非常敏感而且較難解決的問題，因為液壓系統(tǒng)超壓易引起油管爆裂及液壓元件損壞，從而危及直升機(jī)平臺的安全。本文針對某型吊放聲吶試飛過程中出現(xiàn)的液壓系統(tǒng)超壓告警閃燈現(xiàn)象進(jìn)行了分析和試驗研究。

1 系統(tǒng)組成及原理

吊放聲吶液壓系統(tǒng)原理圖如圖1所示。系統(tǒng)主要由三部分組成：機(jī)上液壓源、底座、絞車。機(jī)上液壓源由直升機(jī)發(fā)動機(jī)提供動力，發(fā)動機(jī)通過主減帶動液壓泵轉(zhuǎn)動；液壓泵進(jìn)油口從油箱吸油，從泵出口泵出高壓油。液壓泵壓力自調(diào)泵，通常也稱為恒壓泵，當(dāng)系統(tǒng)沒有流量需求時自動將排量調(diào)到最小，而維持泵出口壓力為設(shè)定值；有流量需求時，泵出口壓力下降，泵自動將排量調(diào)大以維持泵出口壓力為設(shè)定值。系統(tǒng)管路中設(shè)有一個超壓壓力開關(guān)，設(shè)定值為P1，當(dāng)管路內(nèi)壓力超過P1時，超壓壓力開關(guān)很快閉合，接通駕駛艙內(nèi)主警告板上超壓告警電路，告警燈點亮。

圖1 吊放聲吶液壓系統(tǒng)原理圖

飛行員通過操作可將控制電磁閥置于旁通狀態(tài)，液壓泵產(chǎn)生的高壓油直接通過電磁閥流回油箱，系統(tǒng)壓力隨即降低。如果飛行員來不及反應(yīng)，或其它故障導(dǎo)致系統(tǒng)壓力繼續(xù)升高，系統(tǒng)壓力超過安全設(shè)定壓力值P2時，系統(tǒng)中的安全閥會自動打開，液壓泵產(chǎn)生的高壓油可直接通過回油管路流回油箱，從而可以保護(hù)吊聲液壓絞車附件以及直升機(jī)的安全[1]。

絞車底座通過液壓軟管和自封接頭與機(jī)上液壓源接通，電磁閥可以接通和切斷到絞車的高壓油，高壓油濾可以濾除油液中的污染顆粒，以保護(hù)絞車中的電液伺服閥，避免電液伺服閥卡滯帶來誤動作。電磁閥接通后，高壓油經(jīng)油濾到達(dá)電液伺服閥和松剎電磁閥的入口，通過絞車控制盒接通松剎電磁閥打開剎車，然后給電液伺服閥控制電流，打開閥口，控制液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動，液壓馬達(dá)通過減速器帶動鼓輪轉(zhuǎn)動進(jìn)行收纜或放纜。

2 超壓告警閃燈現(xiàn)象及分析

某型吊放聲吶在試飛中發(fā)現(xiàn)，絞車在由上限位下放水下分機(jī)時出現(xiàn)液壓系統(tǒng)超壓告警指示燈出現(xiàn)閃燈一次，繼續(xù)下放時無此現(xiàn)象，回收時也無此現(xiàn)象，該現(xiàn)象重復(fù)出現(xiàn)。上限位下放與不在上限位下放的差別：前者控制系統(tǒng)自動切斷了電磁閥，上限位下放時，先接通電磁閥，再進(jìn)行下放；而不在上限位下放時沒有接通電磁閥的動作。是否在接通電磁閥的瞬間，壓力沖擊觸發(fā)了超壓壓力開關(guān)呢？再次地面開車檢查發(fā)現(xiàn)，絞車總電磁閥開啟前，系統(tǒng)壓力表指示值為P3，電磁閥開啟瞬間系統(tǒng)壓力表指針?biāo)查g達(dá)到最大指示，隨即下降穩(wěn)定在P3，比超壓門限低2.5 MPa，與此同時出現(xiàn)了超壓告警指示燈閃燈。

為了查明超壓告警閃燈的原因，在實驗室條件下模擬了電磁閥切換時系統(tǒng)圖管路內(nèi)壓力波動情況。

1）在接通液壓源總電磁閥時，單向閥后管路內(nèi)壓力變化情況如圖2所示。電磁閥接通時壓力傳感器測得超調(diào)電壓約為1.2 V，對應(yīng)壓力超調(diào)值為6.24 MPa。

2）接通絞車底座上絞車電磁閥時，單向閥后管路內(nèi)壓力變化情況如圖3所示，可見電磁閥接通時壓力傳感器測得超調(diào)電壓約為0.5 V，對應(yīng)壓力超調(diào)量為2.6 MPa。

圖2 液壓源總電磁閥接通時壓力變化情況

圖3 絞車底座上電磁閥開啟時壓力變化情況

從上述測試可以看出，直升機(jī)液壓總電磁閥接通產(chǎn)生6.24 MPa的壓力波動，絞車電磁閥接通產(chǎn)生2.6 MPa的波動。在直升機(jī)上靜態(tài)壓力為P3，告警壓力為P1，允許波動范圍為P1?P3=2.5 MPa。 因此，直升機(jī)液壓總電磁閥、絞車電磁閥接通會造成超壓告警。

在封閉容腔中壓力變化量與容積變化量有如下關(guān)系[2]：

式中，Δp為容腔內(nèi)壓力變化量；E是油液彈性模量，為一常量；ΔV為容腔內(nèi)油液體積變化量；V為容腔總?cè)莘e。為研究方便，將電磁閥開啟對系統(tǒng)壓力的影響分解為以下三步：

●電磁閥開啟；

●高壓腔容積由V1增至V1+V2，系統(tǒng)壓力由P3降為P4；

●恒壓泵排量增大，往容腔V1+V2內(nèi)補充高壓油，高壓容腔壓力升高至P3，泵排量減小直至幾乎為零，由于泵的響應(yīng)有滯后，達(dá)到壓力P3后不會立即關(guān)閉，還會往容腔內(nèi)泵油，從而產(chǎn)生壓力超調(diào)，隨后形成震蕩，在這段管路內(nèi)形成了壓力沖擊現(xiàn)象。P4越小，泵的初始排量越大，壓力沖擊越強。因此可以通過增大P4來減小壓力沖擊。

下文研究前兩個過程中容腔壓力情況。高壓容腔簡化模型如圖4所示，電磁閥將容腔一分為二，每個容腔的三個參數(shù)分別為：容腔容積、初始壓力、終了壓力。對電磁閥后的容腔壓力變化量為：

將式（2）代入式（1）得電磁閥后容腔產(chǎn)生壓力變化量P3所需的容積增加量為：

以電磁閥前的容腔V1為研究對象，電磁閥開啟后，容腔體積減少量為：

容腔壓力減少量為：

結(jié)合式（1）、（3）、（4）、（5）可得系統(tǒng)壓降為：

由于V1＋V2基本為定值，所以，閥后容腔V2越小，系統(tǒng)壓降越小，P4越大，泵的初始排量越小，系統(tǒng)壓力沖擊越小。前面的測試結(jié)果也印證了這一點：總電磁閥后容腔比絞車電磁閥后容腔大，開啟所產(chǎn)生的壓力沖擊也大。

圖4 簡化高壓容腔

3 問題解決措施及試驗情況

針對上限位狀態(tài)下放出現(xiàn)超壓告警，基于上述分析，只要不出現(xiàn)開電磁閥的動作，即可消除超壓告警。因此更改絞車控制程序，在絞車回收到上限位時，不自動切斷電磁閥，而是在聲吶飛行任務(wù)開始前手動接通電磁閥，飛行任務(wù)結(jié)束后，手動切斷電磁閥。

上述措施雖然解決超壓告警閃燈的問題，但是開電磁閥是系統(tǒng)壓力沖擊導(dǎo)致超壓仍然存在，要徹底解決壓力沖擊有如下方案：

1）可考慮將液壓源供油壓力調(diào)低約4 MPa，由試驗室模擬情況可見，壓力調(diào)低后開啟總電磁閥和電磁閥壓力峰值均不會超過超壓告警門限，不會出現(xiàn)超壓告警；

2）在單向閥后的管路內(nèi)增加一蓄能器，以吸收壓力波動，但是會增加重量。

3）減小電磁閥后的容腔體積。

方案1）和方案2）雖然能解決超壓問題，但是均需要對直升機(jī)平臺進(jìn)行改動，容易帶來派生的問題，因此，還得從絞車尋求解決措施，即通過方案3）來解決。

為了驗證實際效果，在實驗室通過將油濾從電磁閥后拆除，直接用管路短接。電磁閥開啟時傳感器測得超調(diào)電壓為0.2 V，對應(yīng)壓力超調(diào)量為 1.04 MPa，如圖5所示。相比之前的2.6 MPa，壓力超調(diào)量下降了60%?？梢姕p小閥后容腔容積對減小開閥瞬間的壓力沖擊效果是明顯的?？紤]到系統(tǒng)的伺服閥需要油濾保護(hù)，可將油濾移到電磁閥的前面。改進(jìn)后，通過實測，不再出現(xiàn)超壓告警閃燈現(xiàn)象。

圖5 拆除油濾后開總電磁閥時壓力波動情況

4 結(jié)論

吊聲液壓系統(tǒng)出現(xiàn)超壓告警燈閃燈現(xiàn)象時，通過控制策略的優(yōu)化，較快的解決了問題，保證聲吶試飛試驗的進(jìn)行，為試飛贏得了寶貴的時間；通過減小電磁閥后容腔容積，大幅減小了電磁閥切換時的壓力沖擊，從根本上解決了電磁閥開啟時出現(xiàn)超壓告警的問題。

[1]夏良.航空反潛直升機(jī)吊聲液壓系統(tǒng)壓力沖擊現(xiàn)象分析及試驗研究[C].第十六屆全國直升機(jī)年會,2000.

[2]吳根茂.動態(tài)封閉容腔及其壓力基本公式[J].流體傳動與控制,2007,(3):54-56.