民用飛機液壓系統(tǒng)可燃液體排放設計

楊化龍 周昌明

民用飛機液壓系統(tǒng)可燃液體排放設計

楊化龍 周昌明

針對民用飛機液壓系統(tǒng)排液設計問題，本文對設計要求和關鍵設計要素等方面進行了研究，并給出了民用飛機液壓系統(tǒng)可燃液體排放設計的方法。

民用飛機可燃液體主要包括燃油和液壓油，兩種可燃液體的控制和排放問題有明確的適航條款要求。液壓系統(tǒng)作為飛機的重要二次能源系統(tǒng)，其元件、管路分布于全機各大區(qū)域，整個系統(tǒng)內(nèi)的液壓油是可燃液體的重要來源，在液壓系統(tǒng)的設計過程中就需要充分考慮排液設計要求，滿足適航條款要求。本文通過在某型民用飛機可燃液體排放設計過程中的實踐，總結(jié)民用飛機液壓系統(tǒng)的排液設計要求和方法，為民用飛機液壓系統(tǒng)的設計提供參考。

可燃液體排放設計要求

民用飛機液體（包括易燃液體，易凍液體，滲漏液體和凝聚水等）的控制和排放，相關條款包括CCAR25.609“結(jié)構保護”，CCAR25.863“可燃液體的防火”，869（a）（1）（2）“系統(tǒng)防火”，CCAR25.1185“可燃液體”，CCAR25.1187“火區(qū)的排液和通風”，CCAR25.1189“切斷措施”，CCAR25.1455“易凍液體的排放”等適航要求。其中，CCAR25.863“可燃液體的防火”是液壓系統(tǒng)可燃液體排放設計的重點適航要求。

液壓系統(tǒng)排液設計的關鍵要素

泄漏源

液壓系統(tǒng)液壓油的外泄漏分為正常的外泄漏和故障泄漏兩種，正常的外泄漏主要是作動器的密封連接件、油箱低壓活塞和泵軸密封等處產(chǎn)生的正常泄漏。故障泄漏主要是元件接口密封失效、管路本身損傷、管路裝配連接不合理等導致的外部泄漏。

目前民用飛機液壓系統(tǒng)管路連接件普遍采用永久擠壓型與內(nèi)旋壓無擴口擠壓式兩種連接形式。永久擠壓型連接件由于一次性做好而減少了中間維護不到位導致的泄漏，在泄漏方面認為此種連接方式是可靠的，不作為泄漏源考慮。內(nèi)旋壓無擴口連接件處被認為是潛在的泄漏點，其泄漏形式主要是擰緊定力不到位、裝配貼合面缺陷而導致的泄漏。

在排液設計過程中液壓系統(tǒng)可能的泄漏源主要定位于采用無擴口擠壓式連接形式的管路、元件的結(jié)合處和管路布置區(qū)域可能的管路損傷。

泄漏速率

通過泄漏源的分析可知，液壓系統(tǒng)不可避免的存在潛在的泄漏源，顯然對于泄漏源，其泄漏速率是排液設計中關鍵的參數(shù)。關于泄漏量的大小，目前的工程實踐中并沒有確切的定量值，實際情況下，液壓系統(tǒng)可能的泄漏主要是微小的滲漏和滴漏、一般的泄漏、較大的泄漏等情況，所以對應不同的泄漏類型對泄漏量進行分類。微小的滴漏可以認為每分鐘數(shù)十滴，20～25滴液壓油約為1ml，泄漏速率約為10ml/min。較大的泄漏可以以極端的管路爆裂為極限進行估值，在單根液壓管爆裂的條件下，此時的泄漏速率基本等同于液壓泵的輸出流量，某型常用發(fā)動機驅(qū)動液壓泵的液壓油傳輸速率是79.5L/min，電動泵的液壓油輸出的速率為14L/min，該速率基本等同于極端的大泄漏情況下的泄漏速率。所以極端的泄漏速率達到10L/ min以上，此條件下油箱的液壓油10s內(nèi)泄漏完畢。一般的泄漏定義為以上兩種泄漏模式之間，可以定義為1L/ min的量級。

表1　泄漏速率定義

目前各飛機機型在排液設計時也沒有針對較大泄漏情況的排液設計，更多的是考慮在此極端情況下對應的系統(tǒng)關閉及就進機場著陸的操作，降低危害在空中的暴露時間，當然針對可能的極端泄漏情況，也要采用高可靠性的管路和元件等方式來降低風險。所以排液設計過程中應重點考慮微小和一般的泄漏對應的排液設計。

圖1　排液管和排液孔布置

可燃液體泄漏區(qū)及排液通道

在可燃液體排放設計過程中是按照區(qū)域劃分進行的，所以應明確其定義。

可燃液體泄漏區(qū)指飛機上可能存在可燃液體或蒸氣（液壓油或燃油等）泄漏并且不存在名義點火源的區(qū)域。這些區(qū)域在飛機正常運行時不存在可燃液體或蒸氣，但在某些故障狀態(tài)下（如管路接頭損壞或密封不好等）可能會有可燃液體或蒸氣泄漏。

排液通道是指在可燃液體泄漏區(qū)可以將該區(qū)域可能泄漏的可燃液體進行收集、導向?qū)呐乓撼隹?，并最終安全排出機體的通道。

在民用飛機液壓系統(tǒng)排液設計過程中，針對正常的泄漏，作動器的密封泄漏考慮到其基本處于外翼后側(cè)等開放區(qū)域，且其泄漏量較小，相應的泄漏可以通過外部氣流帶走，不會產(chǎn)生危害。液壓泵和油箱的泄漏，系統(tǒng)設計過程中通過排液管和生態(tài)瓶的設置進行收集處理，泄漏量較大時，可以通過設計在該區(qū)域的液壓系統(tǒng)排液管路通道排到機體外部，該泄漏可控。圖1為常見的排液管和排液孔布置方式。

液壓系統(tǒng)可燃液體排放設計

根據(jù)可燃液體排放設計要求的總結(jié)和泄漏源、泄漏速率及泄漏區(qū)域定義的界定，液壓系統(tǒng)可燃液體排放設計主要包括降低系統(tǒng)潛在的泄漏風險和排液路徑的設計兩個方面。降低潛在的泄漏風險主要是通過設計手段盡可能的降低泄漏概率，排液路徑的設計主要是針對潛在的泄漏設計對應的排液通道，將泄漏及時、安全的排出，不產(chǎn)生進一步的危害。

通過某型飛機的設計過程和目前商業(yè)運營飛機的運營情況研究，液壓系統(tǒng)應按照以下原則進行排液設計：

1）系統(tǒng)布置在被允許的區(qū)域，有對應的排液通道和能力；

2）液壓系統(tǒng)通過生態(tài)瓶對泄漏油液進行集中收集，并通過排液管路及通道排出機體；

3）可能的小泄漏，可借助飛機的排水口、通氣口等排到機體外；

4）盡量減少管路的連接點，從而減少泄漏點；

5）特殊風險的考慮，主起艙區(qū)域采用不銹鋼管路，降低輪胎爆破的影響，盡量避免了可能的泄漏。吊掛區(qū)域采用高可靠性能的壓力管、軟管；

6）與電氣線纜等潛在點火源保持適當間距，采取避讓原則；

7）設置EICAS告警提示，可通過機組操作控制泄漏；

8）航線運行中，配合地面檢查、航前檢查等工作降低泄漏隱患；

9）盡可能的采用永久接頭，減少泄漏點；

10）按規(guī)范選用管路連接件、管材，并通過鑒定試驗驗證；

11）采用支架、塊卡對管路進行支撐，減輕震動、摩擦，降低泄漏的因素。保證液壓管路的間距要求，對管路系統(tǒng)進行保護；

12）采用可靠性高、在其他機型已使用驗證的液壓設備、元件。

排液路徑的設計

在降低可能的泄漏風險的基礎上，對不可避免的潛在泄漏區(qū)域進行排液通道設計，設計步驟如下：1）明確泄漏點的分布；2）確定泄漏液壓油可能的危害區(qū)域；3）確保機體內(nèi)結(jié)構有排液通路將泄漏的液壓油進行收集；4）合理布置排液口（位置、大小及數(shù)量），將泄漏液體及時、安全的排出機體外，防止二次危害，如果排放到機體外的液壓油可能會再次進入不允許進入的區(qū)域（如發(fā)動機、APU尾噴口），則需要重新設計排液通道或者液壓系統(tǒng)的布置。

適航條款符合性驗證

1）采用分區(qū)域的原則對全機排液進行符合性驗證；

2）不拘泥于固定的驗證方法，一般采用分析說明和地面試驗、試飛等相結(jié)合的方法，驗證機身內(nèi)可燃液體流通路徑、排液通道的排液能力以及排出的液體不產(chǎn)生次生的危害等安全要求。

總結(jié)

本文對民用飛機液壓系統(tǒng)可燃液體設計要求的關鍵要素進行了研究，結(jié)合實際型號設計工作提出了液壓系統(tǒng)可燃液體設計的原則，可有效指導民用飛機液壓系統(tǒng)可燃液體排放設計和適航驗證工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.17.012