民用客機液壓能源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

陳才

【摘 要】本文對民用飛機液壓能源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢進行了總結(jié)概述。

【關鍵詞】民用客機；液壓能源系統(tǒng)；發(fā)展趨勢

0 前言

液壓傳動具有運行平穩(wěn)、穩(wěn)定性高、響應快、功率體積比大等優(yōu)良特性，在民用飛機領域應用非常廣泛，扮演著非常重要的角色。

隨著多電技術、信息技術、自動控制等相關領域的發(fā)展，液壓能源系統(tǒng)及液壓子系統(tǒng)（如飛控系統(tǒng)、起落架系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)）本身的技術進步，使得民用飛機液壓能源系統(tǒng)也在發(fā)生變革，輕量化、智能化、高維護性、高可靠性是民用客機液壓能源系統(tǒng)發(fā)展的最主要驅(qū)動力，高壓化、應用多電技術等是主要的發(fā)展趨勢。

1 高壓化

高壓化體現(xiàn)在采用5000Psi的壓力等級。A380、A350、787飛機成功采用了5000psi液壓系統(tǒng)，其主要的目的在于飛機減重和提高系統(tǒng)的維護性。

根據(jù)《Airplane Actuation Trade study》研究資料顯示，如下圖1所示。圖1中橫坐標為系統(tǒng)壓力，縱坐標為>3000Psi壓力時系統(tǒng)重量與3000Psi系統(tǒng)重量的對比。由圖可知，隨著壓力體制的提高，系統(tǒng)重量減輕，5000Psi系統(tǒng)重量約為3000Psi系統(tǒng)的81%，重量減少了19%，重量包括了液壓能源系統(tǒng)、管路、液壓接頭、飛控作動器、起落架作動器、艙門作動器等所有與液壓源相關的設備，并包含了液壓油的重量。

同時，ARP4752《（R）Aerospace-Design and Installation of Commercial Transport Aircraft Hydraulic Systems》中明確說明，相對于3000psi液壓系統(tǒng)，更高壓力等級的壓力體制將會減少系統(tǒng)重量和安裝空間，安裝空間的減少意味著航空公司維修方便，維修性提高。

2 應用多電技術

隨著多電技術在民用航空領域的廣泛發(fā)展，在傳統(tǒng)液壓能源系統(tǒng)上也有了全新的應用，最主要的體現(xiàn)在電作動器和局部液壓包的應用上，雖然其最終做動部分仍然是液壓驅(qū)動，但是在能源的輸入以及液壓設備架構上產(chǎn)生了巨大的變化。應用多電技術主要體現(xiàn)在下列兩個方向。

2.1 電作動器

主要體現(xiàn)在飛控系統(tǒng)作動器上，傳統(tǒng)的作動器為電液壓伺服作動器（EHSA），通過純液壓能源系統(tǒng)進行液壓驅(qū)動。而現(xiàn)代民用飛機上采用了電作動器EHA/EBHA，EHA內(nèi)部機理為液壓作動，但是需要電源驅(qū)動；EBHA內(nèi)部機理為液壓作動，正常工作時候采用液壓能源系統(tǒng)的液壓源為動力源，在非正常情況下采用電源做動動力源。A350和A380上采用了電作動器EHA/EBHA，787飛機上電作動器采用了EMA。

2.2 局部液壓包

傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)采用三套液壓子系統(tǒng)，液壓管路遍布飛機全身。采用局部液壓包，可以形成局部液壓系統(tǒng)，局部液壓系統(tǒng)控制局部區(qū)域的作動器，這樣減少了管路的布置。局部液壓包有電機、液壓泵、油濾、油箱、單向閥等主要設備構成，以電源為輸入，包括了典型液壓系統(tǒng)的元件。A380飛機采用了局部液壓系統(tǒng)，在機翼起落架剎車、前輪轉(zhuǎn)彎、以及機身起落架剎車三處采用了局部液壓包。

3 泵源控制方式

液壓能源系統(tǒng)最主要的故障是液壓油泄漏。液壓系統(tǒng)是一個清潔度要求非常高的系統(tǒng)，對密封性的要求極高，但是由于液壓系統(tǒng)作動器的作動行為以及全機上千根導管的連接，導致泄漏是液壓系統(tǒng)的最主要的失效模式。尤其是大泄漏會對液壓系統(tǒng)的發(fā)動機驅(qū)動泵（EDP）產(chǎn)生巨大的影響，從而導致EDP內(nèi)部泵的干磨，一旦EDP被干磨，航空公司將會對液壓系統(tǒng)進行清洗，影響飛機的派遣率。目前主流飛機的EDP采用的是使用Block Valve的形式，通過阻斷EDP出口的壓力管路從而保護EDP，而實際情況是，由于EDP一直隨著發(fā)動機在旋轉(zhuǎn)，且EDP內(nèi)部仍然存在壓力，依然能夠通過殼體回油管路排除液壓油，導致系統(tǒng)溫度升高、干磨問題不能完全解決等問題。目前從A350和A380的經(jīng)驗來看，在系統(tǒng)失效的情況下，為了保護系統(tǒng)，完全將EDP與發(fā)動機齒輪箱隔斷，從而保證EDP不會干磨，進而不影響到整個系統(tǒng)。EDP與發(fā)動機齒輪箱隔斷這種模式的設備復雜，造價昂貴，但是液壓系統(tǒng)泵源控制的一種方向。

4 系統(tǒng)軟件進駐IMA

由于IMA技術的成熟，以及IMA獨特的減輕飛機重量、減少資源的重復配置、強的容錯能力和檢測能力、高可靠性等技術優(yōu)勢，使得IMA越來越受到重視，而A350和787飛機的液壓能源系統(tǒng)控制單元全部進駐IMA。液壓能源系統(tǒng)只需要提供軟件，而不需要任何的電子硬件。

液壓能源系統(tǒng)由于其自身的控制特點，比如沒有響應時間的特殊要求、控制相對容易簡單，從而具備進入IMA的優(yōu)先條件，從而進駐IMA系統(tǒng)也成為了發(fā)展趨勢。

5 健康管理系統(tǒng)

健康管理是一種在線診斷系統(tǒng)，即飛機在整個飛行過程系統(tǒng)的重要零部件進行監(jiān)控，并實施預警，在設備或者系統(tǒng)失效之前，提示航空公司地面機務人員對零部件進行更換或者維修。

目前的健康管理技術主要通過數(shù)據(jù)采集、故障預測模塊、狀態(tài)評估/對比模塊、故障預警來實現(xiàn)。通過對重要參數(shù)進行及時監(jiān)控并與經(jīng)驗數(shù)據(jù)以及失效狀態(tài)數(shù)據(jù)進行對比，掌握系統(tǒng)元件的工作狀態(tài)，及時了解飛機性能衰減的變化規(guī)律，監(jiān)測在系統(tǒng)元件發(fā)生故障或?qū)⒁l(fā)生故障時提供警告信號或提供維修提示，從而預測典型系統(tǒng)及其關鍵部件的故障發(fā)生時間。

對液壓系統(tǒng)而言，最主要的設備就是泵，針對泵的研究，目前液壓系統(tǒng)泵源主要供應商Parker公司和Eaton公司對液壓泵狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)均開展了相應的研究。

健康管理系統(tǒng)的應用將最終提高飛機的應用率，降低飛機運營和服務成本。

6 總結(jié)

以上幾個方面是目前民用飛機液壓能源系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，把握其發(fā)展方向就把握住了系統(tǒng)的先進設計理念和前沿發(fā)展技術，對民用飛機的設計研發(fā)具有重要參考意義。

【參考文獻】

[1]劉衛(wèi)國，宋受俊，駱光照，王康，王錚.液壓能源集成技術研究概況及發(fā)展趨勢[J].微機電，2012，3.

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