飛機千斤頂?shù)陌l(fā)展探究

張 勇

（上海航空機械有限公司，上海 201314）

千斤頂作為一種高效的頂升設備，廣泛應用于煤礦、橋梁、車輛和航空等領域。無論是客機、殲擊機、運輸機、轟炸機、無人機還是直升機，在進行總裝、測試、維護和維修時，都需要使用千斤頂將飛機頂起至一定高度后方可開展水平測量、起落架收放和更換機輪等某些特定項目的作業(yè)工作。

飛機千斤頂是航空地面保障的重要設備，國內(nèi)飛機千斤頂從上世紀中后期發(fā)展至今，已有半個多世紀的發(fā)展歷程，技術已達到國外產(chǎn)品同等水平。但受客戶保障設備清單的制約，無論是波音還是空客，民用客機使用的飛機千斤頂幾乎均為國外品牌。隨著近幾年國內(nèi)民用航空產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，ARJ21 和C919 等型號飛機的順利研制，國內(nèi)航空地面保障設備行業(yè)將迎來全新的契機，將更快、更好地推動飛機千斤頂技術的發(fā)展。

1 飛機千斤頂?shù)姆诸惻c應用

1.1 傳動方式分類

根據(jù)傳動類型的不同，可分為機械傳動千斤頂和液壓傳動千斤頂[1]，飛機千斤頂同樣可分為這兩類。其中機械傳動千斤頂主要采用絲杠結(jié)構(gòu)，通過轉(zhuǎn)動螺母實現(xiàn)絲桿的上升或下降，其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、可靠性高，但其頂升載荷較小，主要應用于自身重量較小的飛機。

飛機液壓千斤頂具有頂升載荷大、行程范圍大和使用方便等特點，在各類飛機上廣泛應用，額定載荷從一噸至幾十噸均有應用，是目前飛機千斤頂普遍采用的結(jié)構(gòu)。飛機液壓千斤頂根據(jù)液壓源的輸出方式還可分為手動液壓千斤頂、電動液壓千斤頂和氣動液壓千斤頂三類。

1.2 結(jié)構(gòu)形式分類

美國軍用規(guī)范MIL-J-26149E-1988《飛機維修用液壓千斤頂通用規(guī)范》中規(guī)定，千斤頂應為軸式、懸臂式、獨腳架式或三腳架式[2]。其中軸式和懸臂式千斤頂主要用于頂起飛機機輪，以便于更換飛機輪胎；獨腳架式千斤頂一般在大型飛機頂起后輔助支撐機頭或機尾，防止飛機在三點支撐的情況下翹起；三腳架式千斤頂主要用于頂起機頭、機翼或機尾，是飛機千斤頂?shù)闹饕Y(jié)構(gòu)形式。

由于懸臂式和獨腳架式千斤頂應用較少，國內(nèi)發(fā)布的標準HB 7791-2005《飛機千斤頂類型、基本參數(shù)和技術要求》中規(guī)定，千斤頂按結(jié)構(gòu)分為兩類：Ⅰ類：三腳架式，Ⅱ類：柱式[3]。柱式千斤頂和軸式千斤頂雖然叫法存在差異，但是所表述的千斤頂結(jié)構(gòu)形式相同。三腳架式千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式如圖1 所示，柱式千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式如圖2 所示。

圖1 三腳架式千斤頂結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 柱式千斤頂結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 液壓原理分類

飛機液壓千斤頂根據(jù)液壓原理不同，主要可分為單油路和雙油路兩種形式。典型的單油路千斤頂主要由手搖泵、油濾、單向閥、作動筒、截止閥、安全閥和油箱等零部件組成，液壓原理如圖3 所示。單油路結(jié)構(gòu)在飛機液壓千斤頂領域應用廣泛，是目前最為普遍的方式，HB 3468-1984《5 噸飛機液壓千斤頂》和HB 4012-1987《10噸飛機液壓千斤頂》標準中規(guī)定的飛機液壓千斤頂采用的都是該原理。

圖3 單油路飛機液壓千斤頂?shù)湫鸵簤涸韴D

HB 4537-1991《十噸液壓機輪千斤頂》標準中規(guī)定了一種雙油路手動軸式千斤頂[4]，該千斤頂主要由手搖泵、油濾、單向活門、安全閥、換向閥（二位四通閥）、截止閥、阻尼閥、作動筒及活塞桿和油箱等零部件組成，典型的液壓原理如圖4 所示。

圖4 雙油路飛機液壓千斤頂?shù)湫鸵簤涸韴D

單油路和雙油路千斤頂?shù)闹饕獏^(qū)別在于單油路千斤頂活塞桿下端為油腔，上端與大氣相通。下降時，活塞桿應能在不大于20 公斤外力作用下，降至最低位置[5-6]。而雙油路千斤頂活塞桿上下端均為油腔，通過換向閥切換活塞桿的上升或下降油路。下降時，在有載荷的情況下，靠外力下降；脫離載荷后，可搖動手搖泵使活塞桿強制下降。

2 國內(nèi)飛機千斤頂?shù)陌l(fā)展歷史與現(xiàn)狀

2.1 發(fā)展歷史

航空地面保障設備是為飛機生產(chǎn)、維護和維修提供基礎保障的產(chǎn)品，其發(fā)展和我國航空事業(yè)的建設水平密切相關。殲-5 是我軍仿制的蘇聯(lián)米格-17 埃夫型飛機，也是我國生產(chǎn)的第一型噴氣式戰(zhàn)斗機，它的試制成功，標志著我國的航空工業(yè)跨入了噴氣時代[7]。該機于1954 年10月開始研制，于1956 年7 月首飛成功。60 年代研制和生產(chǎn)的主要有強-5、殲-6、殲-7、殲-8 和轟-6 等型號飛機。國內(nèi)飛機千斤頂?shù)陌l(fā)展也是從這個時期開始的，在計劃經(jīng)濟的年代，各種產(chǎn)品的生產(chǎn)都由國家統(tǒng)一安排，飛機千斤頂也由指定廠家生產(chǎn)，如80 年代中小型飛機用的5 噸飛機液壓千斤頂由原航空工業(yè)部三〇三五廠負責生產(chǎn)，大、中型飛機用的10 噸飛機液壓千斤頂由原航空工業(yè)部一六四廠負責生產(chǎn)。

天然氣是清潔高效、綠色環(huán)保的能源資源，加快發(fā)展天然氣產(chǎn)業(yè)有利于提高人民生活品質(zhì)和促進生態(tài)文明建設，滿足人民日益增長的對優(yōu)美生態(tài)環(huán)境的需要。為破除目前中國天然氣管網(wǎng)運營各自為政的狀況以及其他制約天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的體制機制，國家先后出臺了《關于深化石油天然氣體制改革的若干意見》和《關于加快推進天然氣利用的意見》，要求改革油氣管網(wǎng)運營機制，完善油氣管網(wǎng)公平接入機制。

2.2 標準規(guī)范

上世紀八十年代，在航空工業(yè)三〇一所的組織下，航空工業(yè)部門制定了大量的行業(yè)標準，其中包括飛機千斤頂?shù)南嚓P標準，主要有原航空工業(yè)部三〇三五廠負責起草的HB 3468-1984《5 噸飛機液壓千斤頂》和HB 4537-1991《十噸液壓機輪千斤頂》，以及航空工業(yè)部一六四廠負責起草的HB 4012-1987《10 噸飛機液壓千斤頂》等標準。標準附錄中還提供了生產(chǎn)圖樣和使用維護說明書等技術資料。

這次標準的編制和實施工作對國內(nèi)飛機千斤頂行業(yè)產(chǎn)生了重大影響，將原航空工業(yè)部三〇三五廠和一六四廠的技術文件公開化，其他企業(yè)根據(jù)標準附帶的生產(chǎn)圖樣就能直接組織同型號千斤頂?shù)纳a(chǎn)，這也是在此之后出現(xiàn)大批飛機千斤頂生產(chǎn)企業(yè)的原因之一。

由中國航空工業(yè)第一集團公司第一飛機設計研究院和中國航空綜合技術研究所負責起草的HB 7791-2005《飛機千斤頂類型、基本參數(shù)和技術要求》是目前國內(nèi)最新的飛機千斤頂標準。該標準對飛機千斤頂?shù)念愋?、基本尺寸和性能要求等進行了規(guī)定，對規(guī)范國內(nèi)飛機千斤頂?shù)纳a(chǎn)和發(fā)展起到了較為顯著的作用。

2.3 通用化

在HB 3468-1984《5 噸飛機液壓千斤頂》和HB 4012-1987《10 噸飛機液壓千斤頂》標準中對兩種噸位的千斤頂最低高度、最大高度、液壓行程和穩(wěn)定圓直徑等參數(shù)有詳細的規(guī)定，形成了系列化的產(chǎn)品，具有較好的通用性。比如FT-9707 系列千斤頂主體相同，通過更換三腳架能夠適用于強-5、殲-6、殲-7 和殲-8 系列飛機。

然而，現(xiàn)有的軍用三代機、四代機和民用飛機用的千斤頂呈現(xiàn)出產(chǎn)品通用性差的特點。主要原因有兩點：一是現(xiàn)代飛機的技術發(fā)展快，不同型號飛機的氣動外形和結(jié)構(gòu)差異較大，導致飛機用千斤頂?shù)幕緟?shù)差異大；二是市場經(jīng)濟后缺少統(tǒng)籌規(guī)劃，各飛機設計單位之間、飛機設計單位和地面保障設備供應商之間都缺少整體的規(guī)劃和溝通。

2.4 技術現(xiàn)狀

受到停機坪和機庫內(nèi)電源和氣源等保障條件限制，電動液壓千斤頂和氣動液壓千斤頂使用還不是很方便，如采用拖線準備電源等工作會大幅增加千斤頂使用的工作量。另外，在起重量、最小高度和最大高度等參數(shù)相同的情況下，電動液壓千斤頂和氣動液壓千斤頂?shù)某杀疽惨仁謩右簤呵Ы镯敻摺Ｒ虼?，目前國?nèi)飛機千斤頂仍以手動液壓結(jié)構(gòu)為主。

但在飛機制造和維修車間，由于千斤頂?shù)氖褂妙l率高，電動液壓千斤頂和氣動液壓千斤頂頂升效率高和勞動強度低的優(yōu)點能夠得到較好的發(fā)揮，因此已有一部分電動液壓千斤頂和氣動液壓千斤頂投入使用。還有極少部分使用了電動同步升降千斤頂，以提高飛機上升和下降的平衡。

3 國內(nèi)飛機千斤頂?shù)陌l(fā)展設想

各種結(jié)構(gòu)類型的千斤頂會繼續(xù)共存，并根據(jù)不同用戶的需求定制。傳統(tǒng)手動液壓千斤頂不會消失，而千斤頂?shù)淖詣踊胶托枨髷?shù)量會越來越高，并最終發(fā)展為智能飛機千斤頂。

3.1 同步升降千斤頂

同步升降千斤頂一般由一臺機身千斤頂、兩臺機翼千斤頂和一套控制系統(tǒng)組成，通過位移傳感器實時反饋三臺千斤頂?shù)纳仙叨?，?jīng)軟件解算后，由控制系統(tǒng)給出指令，通過電機和電磁閥等控制調(diào)節(jié)每臺千斤頂?shù)囊簤毫髁?，實現(xiàn)三臺千斤頂同步升降的功能。

千斤頂采用三腳架式結(jié)構(gòu)，根據(jù)功能模塊劃分主要由支撐功能、頂升功能、液壓動力和移動搬運四大功能模塊組成，功能模塊框圖如圖5 所示，功能區(qū)域劃分如圖6所示。同步升降千斤頂主要通過對液壓動力模塊的控制，完成頂升功能模塊的升降同步性，實現(xiàn)了千斤頂升降的自動化控制，是發(fā)展智能飛機千斤頂?shù)幕A。

圖5 千斤頂功能模塊框圖

圖6 機身/機翼千斤頂功能模塊劃分圖

手動液壓千斤頂?shù)氖謸u泵手柄力一般略小于250N，整個頂升過程需要十分鐘左右，操作人員的勞動強度較大，同步升降千斤頂?shù)氖褂媚軌蛉〈肆Υ虮霉ぷ鳎档筒僮魅藛T勞動強度。且三臺千斤頂?shù)耐叫愿撸軌虮ＷC飛機的平穩(wěn)上升，避免了由于飛機傾斜使千斤頂產(chǎn)生側(cè)向力的情況，能夠提高飛機升降過程的安全性。因此，在飛機總裝車間等工作條件較好的場所，同步升降千斤頂?shù)氖褂脮鸩降玫酵茝V。

3.2 智能飛機千斤頂

智能飛機千斤頂是一種全自動的千斤頂，在同步升降千斤頂?shù)淖詣踊A上進一步實現(xiàn)移動搬運模塊和支撐功能模塊的自動化。移動輪可選用麥克納姆輪，實現(xiàn)千斤頂360°全方位自主行走；支撐腳可改為電動絲杠驅(qū)動或液壓升降控制，實現(xiàn)支撐腳的自動升降控制。通過在千斤頂上增加水平傳感器和接近傳感器等感知設備，實現(xiàn)工位間的自動行走、對接和自動調(diào)平等功能。通過增加無線接收和發(fā)射裝置，實現(xiàn)單臺千斤頂與主控制系統(tǒng)的信息傳遞功能。

智能飛機千斤頂是實現(xiàn)無人化頂升飛機的設備，使用時只需要輸入工位、機型等信息，智能飛機千斤頂將根據(jù)預設的指令完成自主移動、接口對接和同步頂升等功能。通過與其他自動化、智能化設備的配合，最終實現(xiàn)整個生產(chǎn)車間的自動化控制，徹底解放人類的體力勞動。

4 結(jié)束語

飛機千斤頂?shù)陌l(fā)展伴隨著國內(nèi)航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從上世紀50 年代起步，經(jīng)過半個多世紀的應用，已形成了成熟的結(jié)構(gòu)形式和技術，保障了飛機裝配、維護和維修等工作的開展。隨著國內(nèi)航空產(chǎn)業(yè)和整體科技水平的進步，國內(nèi)飛機千斤頂?shù)氖袌鲂枨髮⑷找嬖黾樱詣踊某潭葘⒉粩嗵岣?，有助于降低操作人員的勞動強度，提高工作效率。