空客A320neo吊架區(qū)域液壓管振動測試及改進

溫春輝

摘要：自2020年起，國內空客A320neo（LEAP構型）機隊發(fā)生多起吊架區(qū)域液壓管裂紋導致綠液壓系統(tǒng)低油量警告或黃液壓系統(tǒng)低油量警告故障，對飛行安全及運行產生重大影響。本文通過振動數(shù)據(jù)取樣及試驗分析液壓管的工作狀態(tài)，采用液壓管振動被動控制方式改進卡箍設計，經數(shù)據(jù)驗證，能夠緩解液壓管的上下及周向振動。

關鍵詞：A320neo；液壓管；卡箍；振動

Keywords：A320neo；hydraulic pipe；bracket；vibration

1 故障描述

2020年7月，國內某公司一架A320neo飛機空中出現(xiàn)綠液壓系統(tǒng)低油量警告，起落架收放等系統(tǒng)失效，執(zhí)行“重力放起落架”程序。地面維修人員發(fā)現(xiàn)左發(fā)吊架區(qū)域液壓油滲漏。

2021年3月及6月，國內某公司一架A320neo飛機空中出現(xiàn)黃液壓系統(tǒng)低油量警告，前輪轉彎等系統(tǒng)失效，著陸后使用拖車將飛機牽引出跑道。地面維修人員發(fā)現(xiàn)右發(fā)吊架區(qū)域液壓油滲漏。

以上故障均來源于件號為D2902083800000的液壓管。飛機QAR數(shù)據(jù)顯示，液壓系統(tǒng)滲漏從開始至低油量狀態(tài)僅持續(xù)約20s，對安全運行影響極大。

2 液壓管基本信息及損傷狀態(tài)

A320neo飛機液壓系統(tǒng)由綠液壓系統(tǒng)、黃液壓系統(tǒng)和藍液壓系統(tǒng)組成，其中綠/黃液壓系統(tǒng)為主液壓系統(tǒng)。液壓管位于左發(fā)或右發(fā)吊架A區(qū)域，上游為發(fā)動機驅動泵壓力輸出口，是液壓源管路。液壓管件號為D2902083800000，鈦合金Ti3AL2.5V材料，長度約140mm，直徑約20mm，承壓能力4150psi，上端使用管套和液壓管壓接成型。

經國內某研究院分解檢查，液壓管的裂紋起始于管套包裹區(qū)域內的管壁外表面（見圖1）。裂紋周向擴展且沿15o方向生長，當生長超出管套包裹區(qū)域后，沿45o生長。該裂紋為典型的鈦合金管高周疲勞裂紋，來源于液壓系統(tǒng)及發(fā)動機傳遞過來的振動。

3 液壓管振動測試

為尋找液壓管振動來源，在該液壓管（2號管，件號為D2902083800000）連接的三通組件平面上安裝三軸振動/陀螺/角度測量設備（見圖2），收集不同狀態(tài)下的振動數(shù)據(jù)。

液壓系統(tǒng)工作后（EDP打開），2號液壓管的工作狀態(tài)為：傳感器X軸沿著2號液壓管，X軸陀螺儀滾轉角顯示X軸方向順時針旋轉變化18.59o，且X軸向陀螺儀顯示傳感器旋轉角速度往返加劇，最高達到±3o/s，穩(wěn)定后旋角振動在±1o/s（見圖3）。

以上現(xiàn)象說明，三通組件圍繞著2號液壓管在順時針及逆時針旋轉振動，最終產生了順時針方向上的形變。2號液壓管下端固定，上端隨著三通組件也產生了順時針形變及順/逆往返方向的旋轉振動。

傳感器Z軸垂直于2號液壓管，Z軸陀螺儀滾轉角度計顯示Z軸方向逆時針旋轉，最大旋轉角為1.8o。傳感器Y軸垂直于2號液壓管，Y軸加速度變化加劇，最大達到1.2g，且穩(wěn)定后加速度約在0.4g附近振動（見圖4）。

以上現(xiàn)象說明連接三通組件的2號液壓管接頭向上形變了1.8o，且形變過程中承受著上下交變振動力。

由以上信息可知，在液壓系統(tǒng)正常工作后，2號液壓管除需持續(xù)抵抗三通組件的旋轉外，還需承受上下交變應力，符合該液壓管的高周疲勞損傷產生的裂紋特征（周向裂紋、裂紋擴展方向）。

4 液壓管振動控制

液壓管路的振動控制分為主動控制及被動控制兩種類型。

主動控制通過主動產生相反的振動以抵消管路原始振動。主動控制方式適應性強，但系統(tǒng)設計復雜，精確控制難度大。

被動控制通過改變管路材料、彎曲角度、隔振元件位置及剛度等方式減少振動頻率及振幅。被動控制無需新增電氣設備，成本低，操作簡單，但效果有限。一般，優(yōu)先選擇被動控制方式，從卡箍設計優(yōu)化入手進行調整。液壓管卡箍的主要作用為隔振及支撐，設計更改方式包括調整支撐結構、優(yōu)化卡箍的間距、更換卡箍材料等。

A320neo飛機1號液壓管配備了1個件號為ABS0396H10SH的卡箍，3號液壓管配備了3個ABS0396H12SH的卡箍。原始裝機卡箍使用不銹鋼外包裹硅膠固定管路，彈性形變大?，F(xiàn)使用卡箍ABS0396H10ND替代ABS0396H10SH，使用卡箍ABS0396H-12ND替代ABS0396H12SH，將硅膠卡箍改為聚氨酯卡環(huán)支撐管路。

完成卡箍更換后，再次啟動發(fā)動機，打開液壓系統(tǒng)，測試2號液壓管的工作狀態(tài)。

傳感器X軸沿著2號液壓管，X軸陀螺儀滾轉角顯示X軸方向順時針變化7.03o，管路旋轉形變幅度降低，且X軸向陀螺儀旋轉角速度波峰消除（見圖5）。

以上現(xiàn)象說明，更換為聚氨酯卡箍后，2號液壓管的旋轉形變降低，且旋轉交變振動峰值消除，聚氨酯卡箍能夠緩解2號液壓管的周向扭力振動狀態(tài)。

傳感器Z軸垂直于2號液壓管，Z軸陀螺儀滾轉角度計顯示Z軸方向依然逆時針旋轉，但旋轉角度波峰消除。傳感器Y軸垂直于2號液壓管且沿著1號管方向，Y軸加速度峰值0.6g，穩(wěn)定后加速度在0.2g附近振動，管路上下振動力降低（見圖6）。

以上現(xiàn)象說明，連接三通組件的2號液壓管形變幅度峰值消除，且上下振動力降低，能夠緩解液壓管上下受載情況。

綜上所述，以聚氨酯卡箍更換硅膠卡箍，改變了隔振元件的剛度，對2號液壓管的上下振動及扭轉振動有良好的緩解作用。

另外，在更換2號液壓管時，發(fā)現(xiàn)1號液壓管與三通組件之間的標記膠未被剪切（代表液壓管的螺母未旋轉），但是1號液壓管與三通組件位置不在一條直線上（見圖7）。鈦合金管硬度強、韌性差，拆裝時的狀態(tài)同樣說明鈦合金液壓管過載形變后無法及時恢復X軸方向上的旋轉。

5 總結

A320neo吊架區(qū)域液壓管高周疲勞裂紋對飛行安全產生重大影響。參考以上數(shù)據(jù)及試驗，該液壓管長期處于上下及周向振動的工作狀態(tài)。在液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)（如飛控工作、反推工作等）切換時，2號液壓管還會受到更大的上下沖擊和旋轉扭力。

在液壓管振動控制中，使用被動控制方式（更換卡箍材料）的方式，理論上可以緩解液壓管的工作狀態(tài)，延長液壓管的壽命。但若要長久解決該問題，還需要空客從液壓管的長度、三通組件的位置、液壓系統(tǒng)的脈動控制等方面改進。