應急活門對應急放起落架工作的影響研究

付成勇 肖軍雷

1－2石家莊海山實業(yè)發(fā)展總公司 河北 石家莊 050000

引言

起落架應急放系統(tǒng)作為液壓放下起落裝置的備份系統(tǒng)，是航空裝備的重要組成部分。該系統(tǒng)以壓縮氣體作為動力源，通過設定好的先后順序放下起落架，確保航空裝備安全著陸并滑行。某型裝備在使用過程中，時常出現(xiàn)液壓油從應急放下起落架活門排氣口處流出問題，調(diào)研其它系列航空裝備也存在類似故障。本文通過對起落架應急放系統(tǒng)進行系統(tǒng)原理分析及故障機理分析，為改進起落架應急放系統(tǒng)設計提供改進思路。

1 故障現(xiàn)象

據(jù)地勤人員在航空裝備接收時反饋，在裝備使用過程中起落架應急放系統(tǒng)主要存在兩類故障：A系列航空裝備接收后使用一段時間，在座艙應急放下起落架操縱活門排氣口處有液壓油流出，污染座艙內(nèi)電氣產(chǎn)品；B系列航空裝備接收后使用一段時間，在起落架應急放系統(tǒng)的冷氣協(xié)調(diào)活門排氣口處有液壓油斷斷續(xù)續(xù)的滴出，對安裝在前起落架支柱上的機械部件和電氣部件造成污染。

2 工作原理

起落架應急放系統(tǒng)通常由應急放起落架開關、應急排油活門、冷氣協(xié)調(diào)活門、應急活門等組成。正常工作時，活門各部件的正常工作位置見圖1，通氣口無壓力，高壓液壓油從通油口流入，從出口流出至起落架，待起落架放下后系統(tǒng)壓力泄壓。應急情況時，通氣口接通高壓壓力，壓縮氣體從通氣口流入活門并將活塞推開至活門右側(cè)，關閉通油口，同時氣體通過活門出口，進入起落架收放作動筒，放下起落架。查出現(xiàn)串油故障的起落架應急放系統(tǒng)均未有應急放下起落架經(jīng)歷，故障出現(xiàn)在正常使用后。

圖1 應急活門結(jié)構(gòu)示意圖

3 故障分析

根據(jù)長期的故障排除經(jīng)驗以及產(chǎn)品生產(chǎn)廠家歸零情況，結(jié)合開展的研究分析，導致起落架應急放系統(tǒng)串油故障的原因主要為以下：

活門氣體腔和液壓腔通過活塞組件與殼體之間的線接觸進行密封隔離的，高壓液壓油從通油口進入應急活門的內(nèi)部，同時高壓液壓油通過活塞組件和殼體之間的配合間隙進入圓柱形區(qū)域，形成液壓油高壓區(qū)域。泄壓時，在活塞右側(cè)的液壓油隨系統(tǒng)快速泄壓，而活塞左側(cè)的液壓油由于泄壓通道為一圓環(huán)狀長縫隙，泄壓通道較長，使活塞左側(cè)的泄壓時間較右側(cè)要長。此時由于活塞右側(cè)已泄壓，活塞兩側(cè)由于高壓液壓油而存在壓差，考慮到液壓油的壓縮，活塞具備了向右運動的加速度，使活塞向右移動推動活門組件導致密封失效。最終使高壓區(qū)域液壓油與通氣口端聯(lián)通，形成通路，液壓油從中流出。當液壓壓力對活塞產(chǎn)生的壓力小于金屬活門組件復位彈簧的作用力時活塞快速復位。隨著工作次數(shù)的累積，殘余液壓油也逐漸累積，最終形成油滴流出。

該應急活門工作壓力21.5 MPa，泄壓時壓力為0.6 MPa，活塞左側(cè)高壓區(qū)長度h為4 mm，直徑d為20 mm，活塞長L為20 mm活塞組件和殼體之間配合間原一般在0.05 m，由此計算出該區(qū)域的體積V＝3.14×d×h/4＝3.14×20 mm3×4 mm/4＝1256 mm3；高壓液壓油的體積變化量△V＝△P×V/E＝1256×10－9 mm3×(21.5－0.6)MPa/0.7×109Pa≈15.4 mm3。該位置的液壓油的流動屬于縫隙流動，并遵循以下公式：

其中q為流量，△P為活塞兩端面的壓差，w為活塞的滑動速度，μ為動力粘度。由于活門漏油發(fā)生時間很短，w值較小，可忽略。取μ為0.0120408Pa?s，將參數(shù)帶入其中得：

不計壓力滲漏時壓力變化，計算可知，15.4 mm3的液壓油只需0.003s就可完成壓力釋放，在此期間，由于壓力的作用活塞向右移動約0.4 mm?？紤]到活門實際工作情況，活塞在每次起落架應急放系統(tǒng)工作一個周期后均會開啟活塞左側(cè)的密封環(huán)使得液壓油從密封處漏出。

4 驗證

為驗證故障機理，在地面進行系統(tǒng)加壓、泄壓試驗，選取5架飛機進行5次加壓和泄壓試驗，然后分解后檢查泄漏情況。試驗發(fā)現(xiàn)其中3架串油情況嚴重，剩余2架情況較輕。進一步分析試驗件情況發(fā)現(xiàn)，活塞與內(nèi)腔配合間隙越小的進行收放轉(zhuǎn)換1次后，在通氣口即可發(fā)現(xiàn)液壓油流出，而配合間隙大的漏油情況反而比前者好。

5 改進

綜合分析，在以往的航空裝備起落架應急放系統(tǒng)設計時，存在一定的工作原理性缺陷，結(jié)合應急活門的固有特性，通過優(yōu)化該系統(tǒng)的工作原理能夠從根本上解決串油問題。在新型號航空裝備中，主要進行了三個方面的工作原理優(yōu)化：(1)改變控制方式，由以往的機械協(xié)調(diào)，改為了電氣控制，増加兩個氣體控制活門，取消冷氣協(xié)調(diào)活門，避免液壓油滴落在前支柱上；(2)將原來的1個排油口調(diào)整為三個排油口，使液壓油能夠及時排到系統(tǒng)外；(3)配合工作原理調(diào)整，優(yōu)化連接方式。改進后的起落裝置應急放系統(tǒng)，已在五十多架航空裝備上實施使用驗證，地勤沒有反饋類似問題的再發(fā)生。

6 結(jié)束語

起落架應急放系統(tǒng)長期存在的串油故障問題，主要是由于產(chǎn)品設計時未考慮液壓油在狹小空間內(nèi)的縫隙流動問題。在進行液壓附件設計時應充分的考慮產(chǎn)品功能實現(xiàn)和可能出現(xiàn)的設計缺陷，對產(chǎn)品設計進行充分的理論和實驗論證，避免出現(xiàn)起落架應急放系統(tǒng)串油類似問題。