1、2液壓系統(tǒng)串油故障分析

孫曉光，白 楠，王成明，張俊鵬

（93420部隊(duì)）

1 故障現(xiàn)象

某型教練機(jī)某號(hào)機(jī)多次飛行后，機(jī)務(wù)準(zhǔn)備工作時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)，飛機(jī)第2液壓系統(tǒng)油位降低（偶爾有降低至下刻度線以下情況），同時(shí)第1液壓系統(tǒng)油位升高（經(jīng)常高出上刻線，極端時(shí)油面充滿(mǎn)整個(gè)液壓油觀察窗），兩系統(tǒng)油面變化反映出的油量變化大致相當(dāng)，判斷為第1、2液壓系統(tǒng)存在串油現(xiàn)象，串油方向從第2液壓系統(tǒng)串至第1液壓系統(tǒng)，串油量對(duì)比其他飛機(jī)較為明顯。

2 故障分析與排除

飛機(jī)液壓系統(tǒng)為雙液壓系統(tǒng)，第1液壓系統(tǒng)用來(lái)進(jìn)行起落架和護(hù)板收放、減速板收放、主起落架機(jī)輪防滑剎車(chē)和停機(jī)剎車(chē)；同時(shí)向平尾操縱、方向舵操縱和副翼操縱的作動(dòng)器的一腔供壓；向外側(cè)前緣襟翼的驅(qū)動(dòng)裝置供壓。第2液壓系統(tǒng)用來(lái)向平尾操縱、方向舵操縱、副翼操縱的作動(dòng)器的另一腔供壓，同時(shí)向后緣襟翼液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置、前輪轉(zhuǎn)彎操縱及內(nèi)側(cè)前緣襟翼驅(qū)動(dòng)裝置供壓。通過(guò)液壓系統(tǒng)供壓關(guān)系可以看出，第1、2液壓系統(tǒng)交聯(lián)部分只有平尾、方向舵和副翼作動(dòng)器。

根據(jù)故障現(xiàn)象及工作原理，因外場(chǎng)無(wú)法對(duì)作動(dòng)器的串油量進(jìn)行計(jì)量，因此對(duì)機(jī)上平尾、方向舵和副翼作動(dòng)器進(jìn)行更換和故障定位。

分別更換左、右副翼作動(dòng)器及方向舵作動(dòng)器后，經(jīng)飛行驗(yàn)證，第1、2液壓系統(tǒng)串油情況無(wú)改善。

更換右平尾作動(dòng)器后，經(jīng)飛行驗(yàn)證，飛行前、后檢查第1、2液壓系統(tǒng)液壓油面幾乎沒(méi)有變化。

更換左平尾作動(dòng)器后，經(jīng)飛行驗(yàn)證，飛行前、后檢查第1、2液壓系統(tǒng)液壓油面基本不變，故障排除。

3 平尾作動(dòng)器故障分析

3.1 平尾作動(dòng)器原理

平尾作動(dòng)器為DDV（直接驅(qū)動(dòng)閥）式作動(dòng)器，為機(jī)械液壓2余度、電氣4余度配置，由電氣4余度的DDV力馬達(dá)、DDV位移傳感器、作動(dòng)筒位移傳感器組成。

平尾作動(dòng)器工作原理：在正常工作狀態(tài)下，作動(dòng)器由兩個(gè)獨(dú)立的液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)1、系統(tǒng)2同時(shí)供油，經(jīng)油濾到兩個(gè)電磁切斷閥及DDV、轉(zhuǎn)換閥、回中閥，DDV接受飛控系統(tǒng)的電指令，對(duì)負(fù)載流量進(jìn)行分配。接通電磁切斷閥，電磁切斷閥將輸出壓力油控制轉(zhuǎn)換閥和回中機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到正常工作位置，此時(shí)經(jīng)DDV分配的負(fù)載流量經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換閥驅(qū)動(dòng)作動(dòng)筒活塞動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)作動(dòng)器的正常工作模式。

當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導(dǎo)致一個(gè)液壓系統(tǒng)失壓，或低于正常工作壓力時(shí)，此系統(tǒng)的故障檢測(cè)器通過(guò)微動(dòng)開(kāi)關(guān)，向飛控計(jì)算機(jī)輸出故障信息，此時(shí)，轉(zhuǎn)換閥和回中機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)維持在正常工作位置，作動(dòng)器在另一液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下正常工作，由于失去一個(gè)液壓系統(tǒng)，所以作動(dòng)器的輸出力減半，但仍然能夠滿(mǎn)足舵面最大驅(qū)動(dòng)力矩要求。

當(dāng)兩個(gè)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障（不包括兩個(gè)液壓系統(tǒng)同時(shí)發(fā)生喪失壓力的情況），或發(fā)生3次電氣故障的情況，飛控計(jì)算機(jī)切斷兩個(gè)系統(tǒng)的SOV，轉(zhuǎn)換閥和回中機(jī)構(gòu)在彈簧力的作用下，運(yùn)動(dòng)到故障安全位置，轉(zhuǎn)換閥切斷DDV對(duì)作動(dòng)筒的控制油路，回中機(jī)構(gòu)通過(guò)機(jī)械位置反饋，將高壓油與作動(dòng)筒的一腔連通，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)到指定的回中位置，同時(shí)鎖住作動(dòng)筒的兩腔。

圖1 平尾作動(dòng)器工作原理

當(dāng)兩個(gè)液壓系統(tǒng)均喪失壓力時(shí)，作動(dòng)器在氣動(dòng)力的作用下，回到預(yù)定的回中位置，并鎖住作動(dòng)筒的兩腔。

3.2 故障分析

將2臺(tái)平尾作動(dòng)器返廠復(fù)測(cè)。作動(dòng)器互漏測(cè)試條件為：

1）工作液溫度：40℃±10℃；

2）環(huán)境溫度：30℃±10℃；

3）額定工作壓力：

供油壓力：20.6MPa；

回油壓力：≤0.98MPa；

作動(dòng)器不工作情況下（此時(shí)油溫30℃左右），測(cè)試2臺(tái)作動(dòng)器互漏均滿(mǎn)足要求。作動(dòng)器運(yùn)行30分鐘后進(jìn)行互漏測(cè)試（此時(shí)油溫50℃左右），2臺(tái)平尾作動(dòng)器互漏值已經(jīng)接近或超出8ml的使用期指標(biāo)。2臺(tái)作動(dòng)器互漏測(cè)試情況見(jiàn)表1。

表1 互漏測(cè)試情況

根據(jù)2臺(tái)平尾作動(dòng)器互漏結(jié)果分析，在油溫50℃(正常使用狀態(tài))，左平尾2系統(tǒng)與1系統(tǒng)差值為3.7ml，右平尾2系統(tǒng)與1系統(tǒng)差值為3.1ml。2臺(tái)平尾作動(dòng)器合計(jì)6.8 ml。計(jì)算3到4小時(shí)2系統(tǒng)到1系統(tǒng)的串油量大約為1.2L~1.6L。

因此，飛機(jī)第1、2液壓系統(tǒng)串油的原因是平尾作動(dòng)器第2液壓系統(tǒng)向第1液壓系統(tǒng)互漏量較大導(dǎo)致，更換平尾作動(dòng)器后，在后續(xù)的飛行使用中，飛機(jī)第1、2液壓系統(tǒng)串油量較少或幾乎無(wú)串油量。

根據(jù)第1、2液壓系統(tǒng)串油故障現(xiàn)象及平尾作動(dòng)器的工作原理，建立故障樹(shù)如圖2所示。

圖2 串油故障樹(shù)

1）通斷兩個(gè)平尾伺服作動(dòng)器兩個(gè)系統(tǒng)的SOV（切斷閥）各20次，測(cè)試互漏值無(wú)變化。

排除SHV轉(zhuǎn)換閥原因?qū)е缕轿沧鲃?dòng)器互漏大的可能。

2）回中閥在平尾作動(dòng)器正常工作時(shí)不參與工作，在飛行中未出現(xiàn)液壓1、2系統(tǒng)同時(shí)故障情況，不存在串油影響。

排除FSMCV回中閥原因?qū)е缕轿沧鲃?dòng)器互漏大的可能。

3）結(jié)合上述檢查結(jié)果及平尾作動(dòng)器工作原理，可以判定液壓系統(tǒng)串油原因?yàn)槠轿沧鲃?dòng)器內(nèi)部DDV直接驅(qū)動(dòng)閥互漏大導(dǎo)致的。

4 DDV閥故障分析

4.1 DDV閥工作原理

DDV是作動(dòng)器的電液轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)（如圖3所示），主要由力馬達(dá)、閥體組件和線位移傳感器三部分組成。采用電氣四余度、液壓兩余度的工作方式，其中力馬達(dá)與線位移傳感器采用電氣四余度，閥體部分采用液壓兩余度。當(dāng)DDV的力馬達(dá)的控制線圈通過(guò)電流以后，產(chǎn)生電磁力，驅(qū)動(dòng)力馬達(dá)的動(dòng)鐵心，帶動(dòng)柔性桿進(jìn)而帶動(dòng)閥芯做直線運(yùn)動(dòng)。傳感器監(jiān)控閥芯的運(yùn)動(dòng)，形成閉合回路，輸出相應(yīng)的控制流量，驅(qū)動(dòng)作動(dòng)筒活塞的輸出。

圖3 DDV閥結(jié)構(gòu)組成

4.2 原因分析

對(duì)于采用雙余度串聯(lián)結(jié)構(gòu)工作的DDV，一個(gè)液壓系統(tǒng)的油液會(huì)從DDV內(nèi)部流到另一個(gè)液壓系統(tǒng)，即發(fā)生互漏。根據(jù)DDV的構(gòu)型，產(chǎn)生互漏的來(lái)源一共有四處：位置1、位置2、位置3和位置4（如圖4所示），圖中左半部分（黑色框部分）為1系統(tǒng)，右半部分（黃色框部分）為2系統(tǒng)。

圖4 DDV閥互漏原理圖

位置1：串聯(lián)閥中間段兩系統(tǒng)相連處，來(lái)自于閥芯與閥套的間隙滲漏；

位置2：串聯(lián)閥中間段兩系統(tǒng)相連處，來(lái)自于閥套與閥體的間隙滲漏；

位置3：DDV閥芯兩端平衡油路的互漏，來(lái)自閥芯與閥套左右兩端的間隙滲漏；

位置4：DDV閥芯兩端平衡油路的互漏，來(lái)自閥套與閥體左右兩端的間隙滲漏。

間隙滲漏的流量計(jì)算，按照?qǐng)A柱環(huán)形縫隙流量計(jì)算公式：

其中：d—為圓柱直徑；s—為半徑間隙值；μ—為油液動(dòng)力粘度，與運(yùn)動(dòng)粘度ν的關(guān)系為μ=ρ·v,ρ，ρ為油液密度；l—為縫隙長(zhǎng)度，即配合面沿軸向長(zhǎng)度；Δp—為壓差。

取油液密度ρ=850kg/m，運(yùn)動(dòng)粘度ν在100℃時(shí)為4.9mm/s、40℃時(shí)為13.2mm/s。

最大互漏值=位置1互漏值+位置2互漏值+位置3互漏值+位置4互漏值。

由圓柱環(huán)形縫隙流量計(jì)算公式可知，互漏與閥芯直徑d、閥芯閥套間隙s、油液動(dòng)力粘度μ、閥芯閥套有效密封長(zhǎng)度l、壓差有關(guān)。

根據(jù)互漏產(chǎn)生機(jī)理分析，閥芯閥套間隙s偏大，會(huì)導(dǎo)致互漏大。

另外，正常工作中，d、s、l、Δp變化極小，其導(dǎo)致的互漏變化可忽略不計(jì)。受油溫等環(huán)境因素的影響，μ的波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致DDV互漏值的變化。油溫升高，油液粘度μ變小，使得互漏增大。

5 措施及建議

機(jī)上采用雙液壓系統(tǒng)供壓，系統(tǒng)持續(xù)單方向串油，可能導(dǎo)致液壓油箱油液減少，影響液壓系統(tǒng)的正常工作，甚至液壓泵抱軸的嚴(yán)重后果。

1）在液壓油箱觀察窗處增設(shè)刻度，用于監(jiān)控飛機(jī)使用過(guò)程中液壓系統(tǒng)油液互漏量。

2）在日常保障中，加強(qiáng)第1、2液壓系統(tǒng)油面的檢查，如發(fā)現(xiàn)液壓油量有較大的互漏，則因及時(shí)查明原因并排除。

3）改進(jìn)作動(dòng)器內(nèi)部DDV閥結(jié)構(gòu)，將內(nèi)部三凸臺(tái)結(jié)構(gòu)更改為四凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，降低作動(dòng)器互漏量。