民用飛機(jī)液壓自增壓油箱增壓源對(duì)比分析

韓定邦

【摘 要】現(xiàn)代民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)采用自增壓油箱是一種趨勢(shì)，本文針對(duì)自增壓油箱兩種不同的增壓源，對(duì)比分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，可作為民用飛機(jī)液壓油箱設(shè)計(jì)選擇參考。

【關(guān)鍵詞】民用飛機(jī)；液壓油箱

0 引言

液壓油箱一種存儲(chǔ)液壓油的容器，主要功能是為液壓系統(tǒng)工作儲(chǔ)存足夠的油液，同時(shí)也起到分離油液中的氣體及保證系統(tǒng)散熱等作用。

1 飛機(jī)液壓油箱的分類

液壓油箱可分為非增壓油箱和增壓油箱。隨著飛機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展，為保證液壓泵入口壓力，防止液壓系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，飛機(jī)液壓油箱需采用增壓油箱。通常增壓油箱有引氣增壓式和自增壓式兩種形式。

1.1 引氣增壓式液壓油箱

引氣增壓液壓油箱一般是通過引氣增壓系統(tǒng)將飛機(jī)上的氣源引入到液壓油箱進(jìn)行增壓，飛機(jī)上的氣源可以直接采用發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)引出的壓縮空氣，也可以從專門設(shè)置的增壓氣瓶引氣。

引氣式增壓油箱一般為薄壁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，引氣方便，但是在增壓過程中由于氣體與油液直接接觸，會(huì)有氣體溶解到油箱的油液當(dāng)中，增加液壓油的含氣量。

1.2 自增壓液壓油箱

自增壓油箱是活塞式結(jié)構(gòu)，其增壓方式是利用系統(tǒng)的高壓油返回作用在油箱的增壓差動(dòng)活塞上，增壓壓力的大小由差動(dòng)活塞的面積比來確定。

自增壓油箱在增壓過程采用了差動(dòng)活塞形式，避免了空氣與油液的接觸，解決氣體溶入油液的問題，防止油液被污染，并且增壓過程自動(dòng)進(jìn)行。因此，現(xiàn)代民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)采用自增壓油箱是一種趨勢(shì)。

2 液壓油箱自增壓壓力來源

液壓油箱的自增壓壓力來自于液壓系統(tǒng)本身，目前在役飛機(jī)中主流的自增壓壓力取自自增壓蓄壓器的油液端，原理圖如圖1所示，簡(jiǎn)稱液壓式；另外一種形式自增壓壓力取自系統(tǒng)蓄壓器的氮?dú)舛?，目前俄羅斯蘇霍伊公司設(shè)計(jì)的SSJ-100飛機(jī)采用此種方式。原理圖如圖2所示，簡(jiǎn)稱氣式。

從圖1中可以看出，使用蓄壓器油液端給液壓油箱增壓，液壓油箱高壓腔和自增壓蓄壓器油液端連通，高壓腔里充滿高壓液壓油，油箱通過設(shè)計(jì)一個(gè)合適的液壓油箱高壓腔和低壓腔面積比來獲得預(yù)定的油箱自增壓壓力。該種增壓方式需要一個(gè)隔離閥將自增壓蓄壓器和系統(tǒng)壓力管路單向隔離，優(yōu)先保證油箱自增壓需求。

圖2中的氣式使用蓄壓器氣端（通常是氮?dú)猓┙o液壓油箱增壓，液壓油箱高壓腔和系統(tǒng)蓄壓器氣液端連通，高壓腔里充滿氮?dú)?，這種方式不需要將蓄壓器和系統(tǒng)壓力管路隔離，并且借用系統(tǒng)蓄壓器，不用專門設(shè)置單獨(dú)的油箱自增壓蓄壓器。

3 液壓式和氣式自增壓油箱對(duì)比分析

3.1 液壓式

優(yōu)點(diǎn)為泄漏密封只考慮液壓油的密封問題，即活塞桿的軸密封和隔離閥、卸荷閥的內(nèi)泄漏密封。液壓油密封的技術(shù)成熟，泄漏量少；不會(huì)額外氣體通過高壓腔進(jìn)入油箱導(dǎo)致液壓油含氣量增加。

缺點(diǎn)為自增壓蓄壓器的保壓時(shí)間和自增壓回路的內(nèi)泄漏有關(guān)，現(xiàn)在一般典型的自增壓蓄壓器均能保證不小于8小時(shí)的自增壓需求。

3.2 氣式

優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相比液壓式少了一個(gè)蓄壓器及隔離閥，并且由于油箱高壓腔及相連管路中也充滿氣體，相當(dāng)于增壓了蓄壓器的容積，在蓄壓器尺寸相同的情況下，使油箱保壓時(shí)間變長(zhǎng)。

缺點(diǎn)為氣體密封問題較難解決，特別在極低溫條件下油箱活塞桿處容易發(fā)生氣體泄漏；并且對(duì)于系統(tǒng)蓄壓器來說，這種方式相當(dāng)于增加了氣體泄漏點(diǎn)，使蓄壓器的維護(hù)頻率（蓄壓器充氣）增加；根據(jù)FAR25.1435要求，對(duì)于高壓充氣壓力容器，驗(yàn)證壓力為3倍設(shè)計(jì)壓力，極限壓力為4倍設(shè)計(jì)壓力，為了滿足該條款要求，氣式自增壓油箱的高壓腔壁厚設(shè)計(jì)要比液壓式大，增壓油箱自身重量。

4 總結(jié)

液壓式自增壓油箱應(yīng)用廣泛，技術(shù)成熟，沒有氣體泄漏問題，油箱自身重量比氣式自增壓油箱輕。氣式自增壓油箱系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單，保壓時(shí)間長(zhǎng)，雖然自身重量比液壓式大，但是由于采用這種方式，系統(tǒng)少了一個(gè)蓄壓器和隔離閥，總體上相比液壓式重量有優(yōu)勢(shì)。若能采取新型密封圈設(shè)計(jì)，解決極低溫下油箱中氣體軸密封問題，氣式增壓油箱不失為一種好的選擇。

在民用飛機(jī)液壓油箱設(shè)計(jì)中，可根據(jù)重量、成本、使用環(huán)境溫度范圍、安裝設(shè)計(jì)等進(jìn)行權(quán)衡研究，在保證滿足系統(tǒng)安全需求的前提下選擇較為經(jīng)濟(jì)可行的自增壓方式。

【參考文獻(xiàn)】

[1]PART 25—AIRWORTHINESS STANDARDS： TRANSPORT CATEGORY AIRPLANES[Z].

[責(zé)任編輯：湯靜]