直升機(jī)液壓油污染研究

胡義明

（中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西景德鎮(zhèn) 333001）

0.引言

對(duì)于直升機(jī)來(lái)說(shuō)，液壓系統(tǒng)是保證直升機(jī)安全飛行的重要組成部分，液壓系統(tǒng)的液壓油起著傳遞動(dòng)力、潤(rùn)滑、吸收熱量等作用，對(duì)直升機(jī)的操縱起著關(guān)鍵性的作用。然而，有資料表明[1-2]，直升機(jī)運(yùn)行期間液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的概率較高，其中，70%以上的液壓系統(tǒng)故障都是由液壓油污染所導(dǎo)致的。因此，在使用和維修直升機(jī)的過(guò)程中，必須做好液壓油污染的檢測(cè)以及控制工作，才能最大程度地保障飛行安全。

1.液壓油污染來(lái)源、種類

1.1 污染來(lái)源

對(duì)于直升機(jī)液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，液壓油污染的來(lái)源主要分為系統(tǒng)外部和系統(tǒng)內(nèi)部，具體分類如圖1所示。從圖1可以看出，液壓油污染的來(lái)源表現(xiàn)出多樣、復(fù)雜的特點(diǎn)，需要在使用和維護(hù)液壓系統(tǒng)的過(guò)程中加強(qiáng)污染控制力度，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

圖1 液壓油污染來(lái)源

1.2 污染種類及危害

液壓系統(tǒng)常見(jiàn)污染物種類主要分為：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)污染物[3-6]，其中固體顆粒污染物和空氣是液壓油污染的重要來(lái)源，會(huì)加速液壓系統(tǒng)元件的磨損和腐蝕，使得直升機(jī)液壓系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行，甚至發(fā)生故障，影響飛行安全。圖2對(duì)三類污染物的定義和危害進(jìn)行了總結(jié)。

圖2 液壓油污染種類及危害

2.液壓油污染對(duì)直升機(jī)操縱的影響

液壓助力器是直升機(jī)飛行操縱系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。直升機(jī)旋翼槳葉變距的操縱實(shí)現(xiàn)需要由液壓助力器來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而達(dá)到控制直升機(jī)飛行姿態(tài)的目的，其操縱原理如圖3所示。因此，液壓助力器性能的高低很大程度上決定了直升機(jī)操縱系統(tǒng)的性能，也就直接影響了直升機(jī)的飛行穩(wěn)定性、操縱性和機(jī)動(dòng)性[7]。

圖3 液壓油污染種類及危害

然而，液壓油受到污染后會(huì)對(duì)液壓助力器產(chǎn)生一系列的影響，主要表現(xiàn)為：

2.1 助力器自身的輸出速度下降

受污染液壓油中的固體顆粒污染物在長(zhǎng)期的累計(jì)下，會(huì)堵塞助力器進(jìn)油口的油濾網(wǎng)，導(dǎo)致油液流量減小，使得助力器的輸出速度減小，從而導(dǎo)致跟隨性降低，在快速操縱時(shí)甚至?xí)l(fā)生助力器速度飽和的情況，影響直升機(jī)操縱系統(tǒng)的性能。

2.2 助力器操縱力增大，有發(fā)生振蕩的風(fēng)險(xiǎn)

固體顆粒類的油液污染物在進(jìn)入轉(zhuǎn)閥類液壓助力器后，會(huì)在轉(zhuǎn)閥間隙內(nèi)逐漸沉積，隨著顆粒數(shù)量的增加，轉(zhuǎn)閥間的摩擦力也會(huì)相應(yīng)增大，導(dǎo)致助力器的輸出位移和駕駛員操縱桿力的相位出現(xiàn)滯后現(xiàn)象，需要駕駛員人為修正該現(xiàn)象直升機(jī)產(chǎn)生的偏差，從而會(huì)有發(fā)生振蕩的風(fēng)險(xiǎn)[8]。

3.液壓油污染度監(jiān)測(cè)方法

通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)污染度的檢測(cè)分析及時(shí)判斷系統(tǒng)元件的工作狀況，不僅可以有效提高液壓系統(tǒng)的可靠性和使用壽命，還可以降低故障發(fā)生率，對(duì)液壓系統(tǒng)的維護(hù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[9]。目前，直升機(jī)液壓油污染度的檢測(cè)方法具體可以劃分為：自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法、光測(cè)法、電測(cè)法、超聲波法、淤積法、顯微鏡顆粒計(jì)數(shù)法、質(zhì)量測(cè)定法等[10]，污染度檢測(cè)原理具體如圖4所示。

圖4 污染度檢測(cè)方法總結(jié)

由于以上檢測(cè)技術(shù)的工作原理都各不相同，因此對(duì)液壓油污染度的測(cè)定也就具有相應(yīng)的優(yōu)勢(shì)與不足，例如自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法檢測(cè)液壓油污染度方便、效率高，但不能區(qū)污染物的種類；光測(cè)法、電測(cè)法、超聲波法測(cè)定結(jié)果的可靠度目前仍無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)；采用淤積法對(duì)液壓油污染度進(jìn)行測(cè)定時(shí)，其測(cè)定結(jié)果容易受固體顆粒尺寸分布以及液壓系統(tǒng)內(nèi)部壓力的波動(dòng)影響；顯微鏡顆粒計(jì)數(shù)法耗時(shí)長(zhǎng)、測(cè)定結(jié)果受人為因素的影響較大；質(zhì)量測(cè)定法檢測(cè)環(huán)節(jié)多、耗時(shí)長(zhǎng)，只能得到固體顆粒污染物的總質(zhì)量，無(wú)法反映顆粒尺寸的分布情況。

實(shí)際上，直升機(jī)在飛行的過(guò)程中，液壓系統(tǒng)內(nèi)部的液壓油污染度是隨時(shí)間、工況而改變的，要想準(zhǔn)確掌握液壓油污染度的情況就需要結(jié)合多種測(cè)定方法（如自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法輔以淤積法）進(jìn)行測(cè)量。現(xiàn)階段，直升機(jī)液壓系統(tǒng)的液壓油污染主動(dòng)控制技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)，該技術(shù)通過(guò)布置相應(yīng)的污染度測(cè)定傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)元件的工作狀況，當(dāng)污染度達(dá)到警戒值時(shí)會(huì)主動(dòng)發(fā)送告警信息，達(dá)到“在線監(jiān)測(cè)”的目的。隨著研究的深入，直升機(jī)液壓系統(tǒng)“工作狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)+故障診斷的污染主動(dòng)控制技術(shù)”將會(huì)越來(lái)越成熟并逐步應(yīng)用于工程實(shí)踐當(dāng)中，液壓油污染問(wèn)題將會(huì)得到有效的控制。

4.小結(jié)

直升機(jī)液壓系統(tǒng)發(fā)生故障的概率較高，液壓油污染作為常見(jiàn)的液壓系統(tǒng)故障來(lái)源需要在使用和維護(hù)過(guò)程中引起足夠的重視。因此，結(jié)合多種測(cè)定方法對(duì)液壓油污染度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握系統(tǒng)元件的工作狀況并采取相應(yīng)的控制方法，對(duì)確保直升機(jī)液壓系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、確保飛行安全來(lái)說(shuō)就具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。