某機(jī)全機(jī)液壓系統(tǒng)多功能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開發(fā)

， 　(.吉林化工學(xué)院 航空工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 吉林 吉林　30； .中航吉林航空維修責(zé)任有限公司， 吉林 吉林　30)

引言

某型戰(zhàn)斗機(jī)的使用方是部隊(duì)，大修方是航空維修企業(yè)，維修人才培養(yǎng)方是航空高職院校。在各自的工作中，三方在液壓系統(tǒng)上遇到了有共性的問(wèn)題。部隊(duì)認(rèn)為：液壓系統(tǒng)是飛機(jī)機(jī)械系統(tǒng)中故障率最高的系統(tǒng),占飛機(jī)機(jī)械故障 40%左右。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),某部飛機(jī)從2004～2007年所發(fā)生的 578個(gè)機(jī)械故障中,有 215個(gè)是液壓系統(tǒng)故障[1]，液壓系統(tǒng)已成為重點(diǎn)研究的課題[2-9]；維修企業(yè)認(rèn)為：有些附件的故障可能是隱性的，只有使用到一定的時(shí)間和次數(shù)才能觀察到故障現(xiàn)象，由于液壓系統(tǒng)遍布飛機(jī)全身且和其他系統(tǒng)交織在一起，很多地方空間狹小，不易于觀察，在真實(shí)的飛機(jī)上，也不允許對(duì)疑似附件做千百次的反復(fù)測(cè)試，這些困難已影響到對(duì)故障的判斷和分析。學(xué)校認(rèn)為，飛機(jī)液壓系統(tǒng)是復(fù)雜、難學(xué)、有代表性的系統(tǒng)，一直是教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，需要為學(xué)生創(chuàng)造下廠實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì)，通過(guò)實(shí)踐多鍛煉?？墒?，學(xué)生到了企業(yè)，企業(yè)出于對(duì)飛機(jī)質(zhì)量的考慮只能讓學(xué)生多看，而動(dòng)手機(jī)會(huì)就少了，達(dá)不到預(yù)期效果?？梢钥闯觯降墓沧R(shí)是非常重要的、但棘手的問(wèn)題多，因此三方都要高度重視，目前正在積極探索研究中。然而， 飛行安全不允許液壓系統(tǒng)出現(xiàn)任何問(wèn)題，一旦在飛行中出現(xiàn)了無(wú)法排除的故障,可能造成極為可怕的災(zāi)難[10]。可見，有必要利用飛機(jī)液壓系統(tǒng)實(shí)物，開發(fā)設(shè)計(jì)一個(gè)接近真實(shí)環(huán)境的試驗(yàn)平臺(tái)，更進(jìn)一步對(duì)飛機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行深入透徹的研究，確保液壓系統(tǒng)的故障降到最低。經(jīng)三方多次研究，決定聯(lián)合基于某一飛機(jī)開發(fā)全機(jī)液壓系統(tǒng)多功能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱平臺(tái))，用于實(shí)驗(yàn)、測(cè)試、教學(xué)、培訓(xùn)和科研，三方共享其建設(shè)成果。

1　某飛機(jī)液壓系統(tǒng)概述

液壓系統(tǒng)是飛機(jī)的重要組成部分，用于對(duì)起落架等進(jìn)行收放和對(duì)舵面等進(jìn)行操縱。液壓系統(tǒng)由主液壓系統(tǒng)和助力液壓系統(tǒng)組成。主液壓系統(tǒng)又由主供壓部分和收放部分組成，主供壓部分用來(lái)向收放部分提供具有作功能力的高壓油液，收放部分利用這一高壓油液，根據(jù)飛行員的收放操縱，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)起落架、襟翼、減速板及發(fā)動(dòng)機(jī)噴口的進(jìn)行收放。助力液壓系統(tǒng)由助力供壓部分和操縱部分組成，助力供壓部分用來(lái)向飛機(jī)的水平尾翼助力器和副翼副翼助力器提供高壓油液，操縱部分利用助力供壓部分提供的高壓油液，根據(jù)飛行員的操縱，對(duì)飛機(jī)的水平尾翼和副翼進(jìn)行助力控制。當(dāng)助力系統(tǒng)壓力不足時(shí)，助力器可自動(dòng)轉(zhuǎn)換為主系統(tǒng)供壓。當(dāng)主系統(tǒng)和助力系統(tǒng)壓力都不足時(shí)，水平尾翼還可自動(dòng)轉(zhuǎn)為電動(dòng)助力器操縱。

2　方案設(shè)計(jì)

由學(xué)校、企業(yè)、部隊(duì)三方聯(lián)合開發(fā)，學(xué)校負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和制做，企業(yè)負(fù)責(zé)提供所需的附件、管路、電器元件和線路等實(shí)物，部隊(duì)提供飛行使用中出現(xiàn)的故障案例，三方共同制定平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案和所實(shí)現(xiàn)的功能。

平臺(tái)由地面油泵車、液壓系統(tǒng)工作臺(tái)、控制臺(tái)、電源、電路和軟件等組成，如圖1所示。方框圖表示在該區(qū)域內(nèi)安裝該部分的附件、管路和電路，方框圖之間的連線表示各框圖之間的相互作用關(guān)系。電源是可控硅直流穩(wěn)壓電源，用來(lái)向面板和控制臺(tái)提供27 V的直流電源。地面油泵車用來(lái)向主系統(tǒng)和助力系統(tǒng)提供具有一定流量和壓力的高壓油?？刂婆_(tái)用來(lái)代替座艙，供操縱人員對(duì)系統(tǒng)面板實(shí)施各種操作控制。除電源需購(gòu)置外，其他五部分全部需要單獨(dú)設(shè)計(jì)和制做。

圖1　方案設(shè)計(jì)圖

控制臺(tái)類似座艙，工作之前，需接通必要的電門，對(duì)應(yīng)的儀表顯示出當(dāng)前的數(shù)值。

1) 供壓

直流電源調(diào)到27 V，開動(dòng)油泵車，油壓能打到規(guī)定的數(shù)值。能按照操縱人員扳動(dòng)電門的三種情況，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)向主系統(tǒng)供壓或向助力系統(tǒng)供壓或同時(shí)向主系統(tǒng)和助力系統(tǒng)供壓。

2) 起落架收放

① 當(dāng)起落架手柄置于放下位置時(shí)，開鎖動(dòng)作筒先伸出，輪艙蓋動(dòng)作筒再伸出，最后起落架動(dòng)作筒伸出；起落架放好后，信號(hào)盤上三個(gè)綠色的信號(hào)燈亮。② 當(dāng)起落架手柄置于中立位置時(shí)，三個(gè)動(dòng)筒都保持在原來(lái)的位置不動(dòng)；③ 當(dāng)起落架手柄置于放下位置時(shí)，開鎖動(dòng)作筒先縮回，主起落架動(dòng)作筒再縮回，當(dāng)主起落架收好后，輪艙蓋動(dòng)作筒縮回。起落架收好后，信號(hào)盤上的三個(gè)紅色信號(hào)燈亮。

3) 收放減速板

① 當(dāng)按下減速板按鈕或接通減速板滑動(dòng)電門時(shí)，三個(gè)減速板收放動(dòng)作筒放下，到達(dá)終點(diǎn)，減速板放下信號(hào)燈亮；② 當(dāng)松開減速板按鈕或關(guān)閉減速板滑動(dòng)電門時(shí)，三個(gè)減速板收放動(dòng)作筒收上，減速板放下信號(hào)燈滅。

4) 襟翼收放

① 當(dāng)按下襟翼起飛按鈕時(shí)，兩襟翼動(dòng)作筒同步伸出，最后停在15°起飛角度上，15°信號(hào)燈亮；② 當(dāng)按下襟翼著陸按鈕時(shí)，兩個(gè)襟翼同步伸出，且停在25°著陸位置上，25°信號(hào)燈亮，15°信號(hào)燈滅；③ 當(dāng)按下襟翼收上按鈕時(shí)，兩個(gè)襟翼同步收上，襟翼信號(hào)燈滅；④ 當(dāng)先按下起落架信號(hào)盤上的檢查按鈕、再按下起飛按鈕時(shí)，兩個(gè)襟翼同步放到8°位置停下，8°爬升信號(hào)燈亮。

5) 操縱平尾和副翼

前后推拉桿，水平尾翼助力器跟隨運(yùn)動(dòng)。向左或向右壓動(dòng)桿，副翼助力器跟隨運(yùn)動(dòng)。

6) 轉(zhuǎn)換工作

當(dāng)助力系統(tǒng)壓力正常時(shí)，助力器由助力供壓部分供壓，當(dāng)助力系統(tǒng)壓力下降到一定值時(shí)，助力器轉(zhuǎn)為主供壓部分供壓；當(dāng)助力供壓部分又恢復(fù)到正常壓力時(shí)，主供壓部分退出工作，助力器又轉(zhuǎn)為助力供壓部分供壓。

7) 轉(zhuǎn)為電動(dòng)助力器操縱

當(dāng)助力系統(tǒng)壓力下降到不足以操縱水平尾時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)為電動(dòng)助力器操縱；助力系統(tǒng)壓力恢復(fù)正常時(shí)，電動(dòng)助力器退出工作，重新轉(zhuǎn)為助力供壓部分供壓。

8) 故障設(shè)置

圍繞部隊(duì)使用中常出現(xiàn)的問(wèn)題，系統(tǒng)預(yù)設(shè)30多種故障，供學(xué)員訓(xùn)練和排故。另外，可以在面板和操縱臺(tái)上隨機(jī)設(shè)置故障，鍛煉學(xué)員分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

9) 測(cè)試與實(shí)驗(yàn)

① 當(dāng)懷疑某飛機(jī)上的某個(gè)液壓附件或電磁開關(guān)有可能存在問(wèn)題時(shí)，能方便地將該附件換到系統(tǒng)工作臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試；② 對(duì)維修后的附件能進(jìn)行強(qiáng)度方面的耐壓實(shí)驗(yàn)和密封性實(shí)驗(yàn)；③ 能測(cè)試附件長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)數(shù)次工作的穩(wěn)定性。因?yàn)橛行└郊?dāng)前沒(méi)有問(wèn)題，但工作到一定次數(shù)就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，系統(tǒng)臺(tái)可以在單片機(jī)的控制下，讓被測(cè)附件不斷反復(fù)工作，測(cè)試該附件的工作穩(wěn)定性。

3　設(shè)計(jì)與開發(fā)

1) 地面泵車的設(shè)計(jì)

航修工廠的地面油泵車，單價(jià)數(shù)十萬(wàn)元，且主供壓部分和助力供壓部分各需要一臺(tái)。為降低成本只制做一臺(tái)簡(jiǎn)易泵站，通過(guò)單獨(dú)設(shè)計(jì)的控制部分，使一個(gè)簡(jiǎn)易泵站代替兩個(gè)地面油泵車，可分別或同時(shí)向主、助力兩個(gè)供壓部分供壓。簡(jiǎn)易泵站有輪可移動(dòng)，在其上面只裝電機(jī)和液壓泵，利用面板上的油箱供油，通過(guò)高、低壓軟管與面板上的地面接頭連接。

2) 液壓系統(tǒng)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)

工作臺(tái)設(shè)計(jì)包括臺(tái)架與面板、附件固定支架、附件及導(dǎo)管的安裝三部分

(1) 臺(tái)架與面板的設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)工作臺(tái)由下部的臺(tái)架和上部的面板組成。考慮到存放物品方便，將下部的臺(tái)架設(shè)計(jì)成帶門的箱體，尺寸為6000 mm×800 mm×700 mm,內(nèi)部是鋼骨架，外表為不銹鋼板。上部分的面板設(shè)計(jì)成鏡框形狀，尺寸為6000 mm×60 mm×2000 mm,里側(cè)為鋼骨架，中間為術(shù)架，外表為特制10 cm厚的面板。面板下面固定在臺(tái)架上，后面支承在后墻上；

(2) 附件固定支架的設(shè)計(jì)根據(jù)每個(gè)附件的形狀和特點(diǎn)，為每個(gè)附件設(shè)計(jì)不同的支架，采用焊接、機(jī)械加工及鉗工處理等手段，制成便于多次拆裝的固定支架；

(3) 附件及導(dǎo)管的安裝根據(jù)面板的布局和和附件的定位，在面板上打孔或開槽先將附件支架與面板連好，再通過(guò)螺栓、卡子、拉緊帶等連接手段，將附件牢固地安裝在面板上，保證拆裝更換容易。附件之間導(dǎo)管的連接是通過(guò)測(cè)距、下料、彎折、擴(kuò)口，將高低壓導(dǎo)管連接在附件上，考慮到穩(wěn)定性對(duì)于較長(zhǎng)的導(dǎo)管加裝必要的支點(diǎn)。

3) 控制臺(tái)的設(shè)計(jì)

控制臺(tái)依照飛機(jī)座艙的布局，設(shè)計(jì)成有前面板、左面板、右面板的操縱臺(tái)。將電門、儀表、信號(hào)指示燈、控制開關(guān)等安裝在三塊面板對(duì)應(yīng)的位置上。控制臺(tái)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是鋼骨架，外表是涂漆處理的金屬表皮。單片機(jī)、繼電器和控制元件都裝在控制臺(tái)的內(nèi)部，通過(guò)線束與電源和工作臺(tái)面的附件相連接。

4) 電源

購(gòu)置專業(yè)用電源。

5) 電路的設(shè)計(jì)

電路分為：座艙控制與顯示電路、收放電路、操縱電路、轉(zhuǎn)換電路、故障設(shè)置電路、測(cè)試電路等多種電路。按照飛機(jī)上的連接關(guān)系，將控制臺(tái)、系統(tǒng)工作面板和電源之間的線路連好。將所有線路、控制部分和故障設(shè)置部分都安裝在面板的后部或控制臺(tái)的內(nèi)部，按照規(guī)定的顏色配置導(dǎo)線，以便于查找線路。

6) 軟件

為便于分析和研究、教學(xué)和實(shí)訓(xùn)，將電路、管路及每個(gè)液壓附件都開發(fā)出仿真軟件。例如，起落架收放電路仿真，如圖2所示，當(dāng)操縱電門、起落架收放手柄時(shí)，動(dòng)作筒運(yùn)動(dòng)，繼電器工作，終點(diǎn)電門移動(dòng)，信號(hào)燈指示，其工作情形與真實(shí)電路完全一樣。軟件是一種互動(dòng)式的仿真，操縱不同，電路的走向和結(jié)果也不同。

圖3是飛機(jī)液壓附件虛擬拆裝軟件，能對(duì)附件進(jìn)行零件級(jí)別的拆卸和裝配，有正確拆裝的演示功能，有交互拆裝的訓(xùn)練功能，有查看信息功能、有顯示多種視圖和對(duì)視圖控制的功能，還有拆裝考核功能。

4　效果

該平臺(tái)制做完成后，效果如圖4所示。該平臺(tái)使復(fù)雜的液壓系統(tǒng)變得線路清晰、簡(jiǎn)單、易看；可對(duì)被測(cè)件進(jìn)行耐壓實(shí)驗(yàn)、密封實(shí)驗(yàn)、疲勞實(shí)驗(yàn)、穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)及對(duì)懷疑件的替換實(shí)驗(yàn)；可以設(shè)置典型故障30多種，供學(xué)員分析與實(shí)訓(xùn)；能對(duì)起落架、襟翼、減速板進(jìn)行收放試驗(yàn)；能對(duì)水平尾翼兩種助力器操縱的轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)；能對(duì)液壓助力器進(jìn)行主供壓與助力供壓的轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)。受到了學(xué)校、企業(yè)和部隊(duì)的一致好評(píng)。

5　結(jié)論

飛機(jī)是高科技產(chǎn)品，液壓系統(tǒng)是飛機(jī)的重要組成部分，使用中故障率高，危機(jī)到飛機(jī)的飛行安全。對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行深入研究、重點(diǎn)分析及開展實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)，從各個(gè)領(lǐng)域保障液壓系統(tǒng)工作正常， 將液壓系統(tǒng)的問(wèn)題和事故降到最低是學(xué)校、企業(yè)、部隊(duì)共同的責(zé)任。集企業(yè)的實(shí)物優(yōu)勢(shì)、部隊(duì)的飛行經(jīng)驗(yàn)和學(xué)校的科研能力于一體，三方合力開發(fā)了某機(jī)的全機(jī)液壓系統(tǒng)多功能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。平臺(tái)的應(yīng)用實(shí)踐證明，復(fù)雜的液壓系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單，各種實(shí)驗(yàn)變得容易，以前只能推測(cè)和猜想的問(wèn)題現(xiàn)在可以在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上得到驗(yàn)證。該平臺(tái)也使液壓系統(tǒng)的教學(xué)變得直觀生動(dòng)，學(xué)員的實(shí)訓(xùn)也落到了實(shí)處。

圖2　起落架電路

圖3　附件拆裝軟件界面圖

圖4　飛機(jī)液壓系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

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