直升機(jī)液壓系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)備的研制

王俊 謝錫海 黃彬/國營錦江機(jī)器廠

0 引言

液壓系統(tǒng)是直升機(jī)的重要組成部分，主要功能是以油液為工作介質(zhì)，向飛行操縱系統(tǒng)、起落架收放裝置、旋翼剎車裝置、機(jī)輪剎車裝置等提供液壓動力。直升機(jī)修理、裝配完畢后，必須通過試驗(yàn)設(shè)備為機(jī)上液壓系統(tǒng)加注液壓油，并替代機(jī)上液壓源進(jìn)行密封試驗(yàn)、管路沖洗、功能試驗(yàn)等，以檢查系統(tǒng)管路及與設(shè)備之間連接的正確性，驗(yàn)證系統(tǒng)性能是否符合技術(shù)指標(biāo)要求，驗(yàn)證系統(tǒng)是否能與其他系統(tǒng)協(xié)同工作。因此，研制一套滿足直升機(jī)裝配調(diào)試的液壓系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)備，對確保直升機(jī)修理和維護(hù)質(zhì)量具有重要意義。

1 功能需求分析及性能參數(shù)設(shè)計

1.1 測試對象

某型直升機(jī)液壓系統(tǒng)由主液壓系統(tǒng)和副液壓系統(tǒng)組成。主液壓系統(tǒng)的功用是向舵機(jī)、“槳距—油門”桿以及縱向操縱液壓限動器提供液壓動力；副液壓系統(tǒng)的功用是在主液壓系統(tǒng)故障時，向舵機(jī)提供液壓動力。系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)見表1，系統(tǒng)組成和原理見圖1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備功能需求分析

1）向機(jī)上液壓系統(tǒng)加注液壓油，具備液位控制、污染度控制、流量控制功能。

2）對機(jī)上液壓系統(tǒng)管路進(jìn)行循環(huán)沖洗，具備油液溫度控制功能。

3）對機(jī)上液壓系統(tǒng)管路進(jìn)行密封試驗(yàn)，具備壓力檢測、壓力控制功 能。

4）替代機(jī)上液壓源進(jìn)行系統(tǒng)功能試驗(yàn)，具備遙控實(shí)現(xiàn)工作泵啟動停止保護(hù)功能。

1.3 主要性能參數(shù)設(shè)計

1）工作介質(zhì)：YH-15 液壓油。

2）油箱容積：機(jī)上液壓系統(tǒng)油量為22L，試驗(yàn)設(shè)備油箱容積設(shè)計為50L，可滿足機(jī)上液壓系統(tǒng)加注油及系統(tǒng)管路沖洗、試驗(yàn)需求。

3）工作壓力：機(jī)上液壓系統(tǒng)最高工作壓力為7.3MPa，試驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計工作壓力10MPa，采用變頻器旋鈕無級調(diào)節(jié)泵組的出口壓力，可滿足試驗(yàn)需求。

4）過濾精度：機(jī)上液壓系統(tǒng)過濾精度為16μm，試驗(yàn)設(shè)備設(shè)計的油路過濾精度為10μm。

5）油液污染度：根據(jù)機(jī)上液壓系統(tǒng)污染度規(guī)定，不低于GJB 420B 規(guī)定的8 級。

6）額定流量：根據(jù)液壓系統(tǒng)試驗(yàn)需求，試驗(yàn)設(shè)備設(shè)計的額定流量為 25L/min。

7）工作液溫度控制：機(jī)上液壓系統(tǒng)工作溫度為-50℃～60℃，根據(jù)使用地區(qū)氣候條件，該試驗(yàn)設(shè)備在長時間運(yùn)行而導(dǎo)致工作液溫度升高后需對其進(jìn)行溫度控制，設(shè)定工作液溫度≤40℃。

表1 液壓系統(tǒng)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)

圖1 直升機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖

8）最大可連續(xù)工作時間：不低于 8 小時。

9）供電電源：工業(yè)交流380V/50Hz。

2 試驗(yàn)設(shè)備的總體設(shè)計

根據(jù)直升機(jī)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理、技術(shù)參數(shù)和試驗(yàn)技術(shù)要求，分析試驗(yàn)設(shè)備的功能需求，設(shè)計性能參數(shù)，完成設(shè)備總體設(shè)計。本試驗(yàn)設(shè)備主要由車體、液壓供油系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)三部分 組成。

2.1 車體結(jié)構(gòu)

整車采用一體式結(jié)構(gòu)，車體底部設(shè)置有可拆式接油盤，單獨(dú)設(shè)置了電器控制箱和軟管放置箱，車輪采用萬向輪，方便移動（見圖2）。

圖2 試驗(yàn)設(shè)備車體結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 液壓供油系統(tǒng)原理圖

2.2 液壓供油系統(tǒng)

液壓供油系統(tǒng)分主副兩個系統(tǒng)（見圖3），可通過相應(yīng)的輸油軟管與直升機(jī)地面供油口連接，將設(shè)備串接到直升機(jī)液壓系統(tǒng)中，對應(yīng)機(jī)上的主副液壓系統(tǒng)分系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行工作，也可通過主副系統(tǒng)并線實(shí)現(xiàn)同時操作、同時工作。

2.3 電氣控制系統(tǒng)

液壓泵動力電源采用三相四線制，控制電路采用單相電源，設(shè)計了無線控制電路，可實(shí)現(xiàn)遙控啟停功能，主副系統(tǒng)電氣控制原理分別如圖4、圖5 所示。

3 主要部件選型及研制

該試驗(yàn)設(shè)備的主要部件包括車體、油箱、管路、油濾、油泵、油泵電機(jī)、壓力傳感器、變頻器、風(fēng)冷散熱器等，其中，車體、油箱、管路等非標(biāo)準(zhǔn)部件自制；油濾、油泵、油泵電機(jī)、壓力傳感器、變頻器等部件可根據(jù)設(shè)定的性能參數(shù)直接選購貨架產(chǎn)品（見表2）；風(fēng)冷散熱器通過計算液壓系統(tǒng)和試驗(yàn)設(shè)備發(fā)熱量進(jìn)行選擇。

液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量主要由四個部分組成，即液壓泵發(fā)熱量、沿程損失發(fā)熱量、局部損失發(fā)熱量和負(fù)載發(fā)熱量。該試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng)發(fā)熱量主要考慮液壓系統(tǒng)沖洗過程中液壓泵的發(fā)熱量。

液壓泵的發(fā)熱量由下式計算[1]：

其中，η 為液壓泵的總效率，取0.8；N 為液壓泵的輸入功率：

其中，p 為液壓泵實(shí)際出口壓力，取機(jī)上系統(tǒng)正常工作壓力6.5MPa；Q 為液壓泵的實(shí)際流量，為25L/min。

經(jīng)計算可得：H=570.9kcal/h=662J

系統(tǒng)溫升由下式計算：

其中，K 為油箱的散熱系數(shù)，取15；A1為油箱的表面積，為0.9m2。

可得：T1=49℃

風(fēng)冷散熱器散熱功率可按下式估算：

其中，λ 為散熱片散熱系數(shù)，取15；A2為散熱面積，為0.25m2。

可得：P=183.7W

考慮20%的漏風(fēng)量，選擇兩臺功率100W 的250F2Y6-D 型軸流風(fēng)機(jī)，并列布置于油箱頂部就可以滿足溫度控制需求。

4 工作原理

圖4 主系統(tǒng)電氣控制原理圖

圖5 副系統(tǒng)電氣控制原理圖

表2 液壓系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)備主要部件清單

試驗(yàn)設(shè)備通過輸油軟管與直升機(jī)地面供油口連接，將液壓車串接到直升機(jī)液壓系統(tǒng)中，設(shè)備泵組運(yùn)行，對機(jī)上液壓系統(tǒng)加注液壓油，對系統(tǒng)管路進(jìn)行循環(huán)沖洗；操作直升機(jī)上液壓系統(tǒng)控制面板，可進(jìn)行系統(tǒng)的功能調(diào)試。設(shè)備分主副兩個系統(tǒng)，可單獨(dú)進(jìn)行工作，也可將主副系統(tǒng)并線以實(shí)現(xiàn)同時操作、同時工作。

試驗(yàn)設(shè)備泵組電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過變頻器旋鈕無級調(diào)節(jié)，由接近開關(guān)測速。設(shè)備最高設(shè)置轉(zhuǎn)速為2750rpm，泵組理論流量為轉(zhuǎn)速數(shù)顯值×10，單位為mL。例如，轉(zhuǎn)速n=2500rpm，流量Q=n×10mL=2500×10=25000mL/min= 25L/min。

試驗(yàn)設(shè)備的測壓裝置可設(shè)定（限制）設(shè)備的最高工作壓力，該設(shè)備的設(shè)定為10MPa。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過所需，繼續(xù)上升達(dá)到設(shè)定（限制）壓力時，設(shè)備泵組會停止工作，起到保證系統(tǒng)安全的作用。

試驗(yàn)設(shè)備設(shè)計有散熱降溫裝置，風(fēng)冷散熱器安裝在車體頂部，以便排出車體內(nèi)部的熱量，保證將系統(tǒng)內(nèi)的油液溫度控制在工作溫度范圍內(nèi)。當(dāng)車體內(nèi)溫度高于40℃時，散熱排風(fēng)扇自動運(yùn)行，當(dāng)溫度低于30℃時排風(fēng)扇自動停機(jī)。

試驗(yàn)設(shè)備油箱的加油口裝有濾網(wǎng)，管路中設(shè)有油濾，過濾精度為10μm，以保證油液清潔。油箱側(cè)面安裝有液位計，便于觀察油箱內(nèi)的油液高度。車內(nèi)管路上設(shè)有放油口和油液取樣口，分別由大小二球閥控制。

試驗(yàn)設(shè)備采用兩種電氣控制方式。其一，在車體的控制面板上可手動控制設(shè)備的啟停；其二，遠(yuǎn)程（在直升機(jī)上）可用遙控器控制設(shè)備的啟停。

5 結(jié)束語

本文重點(diǎn)闡述了某型直升機(jī)液壓系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)備的研制方案，經(jīng)詳細(xì)設(shè)計和研制生產(chǎn)，此試驗(yàn)設(shè)備的研制獲得成功。經(jīng)使用驗(yàn)證，設(shè)備各項(xiàng)性能均滿足試驗(yàn)要求，對于確保裝備維修質(zhì)量和效率具有較大軍事和經(jīng)濟(jì)效益。