航空裝備液壓舵機主泵振動及噪音原因探析

張偉 張作鵬 彭虎

摘要：一般在航空裝備液壓系統(tǒng)中，通常會產(chǎn)生一種和振動相隨的噪音問題。雖然噪音不屬于系統(tǒng)本身故障，但是對于航空裝備來說，卻能在很大程度上降低飛行員的舒適性，增加被敵方偵測到的風(fēng)險，損壞液壓系統(tǒng)部件，嚴(yán)重的話還會影響飛行安全?；诖?，本文主要針對航空裝備液壓舵機主油泵振動以及噪音問題，詳細(xì)分析其具體產(chǎn)生原因。

Abstract： Generally， in the hydraulic system of aviation equipment， there is a kind of noise problem accompanying with vibration. Although the noise is not a fault of the system itself， for aviation equipment， it can greatly reduce the comfort of pilots， increase the risk of being detected by the enemy， damage hydraulic system components， and even affect flight safety. Based on this， this paper mainly analyzes the vibration and noise of the main oil pump of the hydraulic steering gear of aviation equipment， and analyzes the specific causes in detail.

關(guān)鍵詞：航空裝備;液壓舵機;主泵振動及噪音;原因探析

Key words： aviation equipment;hydraulic steering gear;main pump vibration and noise;cause analysis

中圖分類號：U674.7? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）01-0112-02

0? 引言

液壓系統(tǒng)是現(xiàn)代航空裝備中一種具有重要意義的系統(tǒng)裝置。在飛行操控系統(tǒng)中，無論是機翼的偏轉(zhuǎn)、起落架的收放、剎車操縱等等動作都需要利用到液壓傳動技術(shù)。根據(jù)有關(guān)故障統(tǒng)計結(jié)果來看，液壓系統(tǒng)的故障占據(jù)很高的比例。因此，詳細(xì)分析航空裝備液壓系統(tǒng)的故障產(chǎn)生原因有重要意義。

1? 液壓舵機概述

1.1 概述? 在航空裝備飛行控制系統(tǒng)中，液壓舵機一般作為執(zhí)行機構(gòu)，其本身的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，是機、電、液等前沿技術(shù)的綜合體，但同樣也是航空裝備故障發(fā)生頻率較高的部分。在飛行過程中，飛行器一般利用舵機帶動舵面及時對航向進行偏擺校正來控制飛機按照一定軌跡在空中飛行。因此，舵機性能優(yōu)劣會直接影響航空裝備性能和遂行作戰(zhàn)任務(wù)。

1.2 工作原理? 通常情況下，機械機構(gòu)和液壓控制系統(tǒng)是組成液壓舵機的兩個主要部分，而液壓控制系統(tǒng)中又分為液壓系統(tǒng)和電路控制系統(tǒng)。在液壓舵機的使用過程中，電路控制系統(tǒng)的主要作用是反饋信號的檢測、放大以及校正，機械結(jié)構(gòu)的主要作用是將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能，并通過機械能推動舵面實現(xiàn)偏轉(zhuǎn)。在液壓舵機的使用中，液壓系統(tǒng)主要起到提供充足液壓能支持舵機運作的作用，同時液壓系統(tǒng)還能設(shè)置保護裝置與控制裝置?？刂葡到y(tǒng)作為電路部分，主要有兩個作用，其一是進行舵令的傳遞，其二是對操舵的精度進行控制。在液壓舵機的整個組成系統(tǒng)中，最重要也是起著決定性作用的就是液壓控制系統(tǒng)，舵機性能的優(yōu)劣不僅與其性能好壞有著直接聯(lián)系，還會直接對航空裝備性能高低造成直接影響。在液壓舵機中，實現(xiàn)整個舵面偏轉(zhuǎn)角度的就是采用液壓伺服控制系統(tǒng)，其就是就是具有較快的反應(yīng)速度、較輕的重量以及尺寸小等特點。而這些優(yōu)勢應(yīng)用在現(xiàn)代飛行器中，通過統(tǒng)一的電一液伺服控制飛行系統(tǒng)，不僅促進了飛行器控制系統(tǒng)進一步提高靈活性與適應(yīng)性，還能確保其飛行狀態(tài)中更加穩(wěn)定。利用對飛行器氣動性能與布局進行改善的作用，促進舵面顫振更具有安全性。一般來說，液壓舵機的液壓伺服控制系統(tǒng)對于現(xiàn)代飛行操縱控制系統(tǒng)來說具有重要意義，是現(xiàn)代飛行器的核心裝置。

2? 原因分析

一般來說，在液壓系統(tǒng)中的主要工作介質(zhì)是油液，油液的壓力是控制整套裝置進行執(zhí)行操作的主要動力，包括控制閥門、操作液壓執(zhí)行機構(gòu)等等。因此，從本質(zhì)上來說，一個液壓系統(tǒng)的好壞與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有直接聯(lián)系，如果系統(tǒng)設(shè)計不合理、元件性能劣質(zhì)等都會直接影響到液壓系統(tǒng)。而在液壓系統(tǒng)中較為常見的現(xiàn)象就是噪音問題，但從本質(zhì)上說，噪音實際上不屬于系統(tǒng)故障。一般在液壓系統(tǒng)中出現(xiàn)噪音問題時往往會伴隨出現(xiàn)振動現(xiàn)象。在一定程度上，航空裝備會因噪音和振動降低飛行員舒適性，同時造成液壓系統(tǒng)部件損壞，給飛行安全帶來隱患。在對噪音的處理中，想要完全消除噪音是存在一定困難的，只能通過一定的方法減小噪音，或者做好預(yù)防措施，避免造成更大的噪音。通常航空裝備液壓系統(tǒng)發(fā)生噪音和振動可能與以下原因有關(guān)：

2.1 空氣原因

液壓系統(tǒng)在空氣進入后很大程度上會產(chǎn)生噪音，而空氣侵入和油泵有著直接聯(lián)系：如果吸油管太細(xì)或者吸油高度過高，導(dǎo)致吸油存在過大阻力，同時油泵吸油腔中由于增壓泵供油不夠無法填滿工作液，就很容易將分解出溶解在工作液中的空氣;另一方面，如果油泵轉(zhuǎn)速太高、油箱不通氣或者工作液粘度太大等都會直接造成這種現(xiàn)象。除油泵外，如果液壓系統(tǒng)中的其它地方進入空氣也會導(dǎo)致噪音產(chǎn)生。溶入空氣在一定程度內(nèi)是不會嚴(yán)重影響液壓系統(tǒng)性能，只有在工作液中形成氣穴，才會較大的影響液壓系統(tǒng)。在礦物油中，一般會溶解6～12%體積的空氣，和空氣分離壓力相比，只有管路壓力相對較低時，才會分離已溶解于液體中的空氣，在液體中以氣泡形式存在。這種形式上的空氣會由于占據(jù)了油內(nèi)的一定空間，而導(dǎo)致油液產(chǎn)生不連續(xù)的問題，這也稱氣穴或者空穴現(xiàn)象，會給液壓系統(tǒng)帶來很多的問題：除了惡化系統(tǒng)性能，降低容積效率，損壞零件造成管道機械壽命進一步縮短外，還會影響系統(tǒng)壓力和流量，同時還會導(dǎo)致液壓沖擊、振動以及噪聲等不利現(xiàn)象。

在研究主泵的缸體和配流盤時，經(jīng)過拆解主泵后發(fā)現(xiàn)兩者均存在不同程度上的損壞，對主泵容積效率進行重新測量后能明顯看出其存在下降的現(xiàn)象。由此可見系統(tǒng)中較大可能存在氣穴和氣蝕，因此在檢測液壓系統(tǒng)時，需要重視氣穴和氣蝕帶來的影響。除此之外，主泵本身如果質(zhì)量存在問題也會在一定程度上可能造成其產(chǎn)生振動和噪音。液壓系統(tǒng)存在問題的原因是多方面的，如果泵本身不能承受氣穴和氣蝕現(xiàn)象，則表示其一定存在質(zhì)量問題，就很容易導(dǎo)致泵本身遭受毀壞，容積效率降低，自然就會產(chǎn)生振動和噪音問題。

2.2 液壓元件設(shè)計和系統(tǒng)安裝原因

噪音產(chǎn)生的另一個原因和液壓系統(tǒng)元件設(shè)計與制造也有不可分割的聯(lián)系。例如在油泵上，其壓力脈動頻率會因和溢流閥等壓力閥的自然頻率有相同之處，進而產(chǎn)生共振，如果閥芯阻力過小，也會相對產(chǎn)生振動。這是由于閥芯阻力過小，其閥座就會收到往復(fù)沖擊，進而產(chǎn)生噪音。一般來說，在安裝液壓系統(tǒng)時，如果不收緊油泵軸和原動機軸之間的聯(lián)軸節(jié)，也會產(chǎn)生振動。

2.3 系統(tǒng)使用和零件原因

在液壓系統(tǒng)中，部分零件損壞也會產(chǎn)生噪音。油泵和油馬達的軸承由于系統(tǒng)內(nèi)液壓會沖擊換向太快的換向閥而導(dǎo)致?lián)p壞;在葉片泵以及柱塞泵中其葉片和柱塞會卡住;阻力孔被堵塞或者進入雜質(zhì)就會造成溢流閥損壞等等，這些液壓系統(tǒng)中的部分零件如果在使用時沒有進行及時維護就很容易遭到損壞，進而產(chǎn)生噪音。除此之外，液壓系統(tǒng)參數(shù)選擇不當(dāng)、系統(tǒng)傳動機構(gòu)中存在間隙等也會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定引起振動。

3? 噪音及振動解決方法

找到噪音和振動產(chǎn)生的具體原因，就需要針對其制定相應(yīng)的解決方法，除了無法改變系統(tǒng)的設(shè)計與制造工藝外，就需要從其他方面找到有效的解決措施?？梢葬槍σ簤合到y(tǒng)加強使用過程中的維護和檢查，具體可以從以下幾方面有效減少噪音和振動：

3.1 清潔措施

在對液壓系統(tǒng)進行維護時，應(yīng)首先避免其受到外部污染物的侵襲，因此可以拆裝部件或者管路，確保能有效清潔部件和管路端部，在一定程度上避免系統(tǒng)受到污染。

3.2 密封性檢查

針對液壓系統(tǒng)中進入空氣而造成的噪音問題，可以通過在維護中對液壓系統(tǒng)的密封性加強檢查力度，確保系統(tǒng)在密閉的液壓環(huán)境中出現(xiàn)滲漏，一旦出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，液壓系統(tǒng)中就會進入少量空氣，在系統(tǒng)總流動中，空氣經(jīng)過不斷累積，就很容易出現(xiàn)較大的噪音及振動。

3.3 對液壓油濾進行定期檢查和更換

一般在使用一段時間液壓油濾后，其上很容易附著雜質(zhì)，不僅會將濾芯堵塞，嚴(yán)重的話還會損壞、變形濾芯，在一定程度上對正常運行濾油能力和液壓系統(tǒng)造成影響。例如在液壓泵中產(chǎn)生噪聲，不僅會導(dǎo)致持續(xù)升高油溫，還會下降容積效率，在液壓系統(tǒng)中進一步將其信號裝置堵塞。因此，對油濾進行定期清洗或者更換具有重要意義?；谠趯τ蜑V的維護要求上，不同的航空器也有不同的要求，在更換油濾時需要考慮實際情況，具體分析碎屑光譜以及檢查液油品質(zhì)，確認(rèn)油液污染程度等。一般在管路的彎曲部位，會因使用時間越長而積累越多的油液雜質(zhì)，導(dǎo)致油液流通粘滯。同時在流動的過程中，油液極易帶動雜質(zhì)，導(dǎo)致液壓元件下的小孔被堵塞，進而產(chǎn)生故障。

4? 結(jié)語

由此分析可以得出，一般情況下多方面的原因才會造成液壓舵機主泵產(chǎn)生振動和噪音，甚至可能是因為多個原因在綜合影響下造成的結(jié)果。除了主泵本身就存在的質(zhì)量問題外，系統(tǒng)設(shè)計不足也是一個明顯的原因。因此，如果想解決液壓舵機主泵發(fā)生故障的問題，首先需要考慮到液壓元件的問題，盡量選擇高可靠性、高質(zhì)量的產(chǎn)品。另一方面則是需要從液壓沖擊、氣穴、氣蝕等考慮系統(tǒng)設(shè)計，從多方面考慮主泵產(chǎn)生振動和噪音問題，才能實現(xiàn)有效解決。雖然液壓系統(tǒng)的噪音振動和發(fā)動機或螺旋槳帶來的噪音振動相比，并不是影響航空器舒適性的主要因素，但為了保障飛行安全，需要及時針對噪音振動產(chǎn)生的原因進行排查分析，最大程度上避免系統(tǒng)頻繁發(fā)生故障，增強航空裝備液壓系統(tǒng)可靠性。有針對性的檢查才能實現(xiàn)故障的快速定位和航空裝備的高效維護，減少噪音和振動的產(chǎn)生。

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