飞机液压系统故障分析及改进措施
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飞机液压系统故障分析及改进措施
摘要：随着我国工业经济的快速发展和人民物质生活水平的不断提高，飞机作为一种重要的交通工具，以其旅行速度快、方便灵活等优点逐渐受到更多人的青睐，为方便人们出行、缓解交通压力做出了重要贡献。飞机液压系统是飞机控制系统的重要组成部分。液压系统的故障将直接导致飞机安全事故。因此，本文对飞机液压系统故障诊断的探讨和研究具有重要的理论意义和实用价值。
关键词：飞机；液压系统；故障分析；改进措施
1飞机液压系统基本故障排除方法
当飞机液压系统发生故障时，维修人员主要检查液压系统执行部件的外观结构、显示界面的数据信息以及系统增压状态下部件的工作状态，以判断各部件是否存在故障。另一方面，持续监控飞机液压系统工作部件的动作和指示接口的数据信息，并参考飞机液压系统的工作频率和数量，从而分析判断飞机液压系统的故障原因和具体故障部件。
此外，在飞机液压系统故障排除过程中，我们还可以理论联系实际，运用数学分析、力学分析和系统工程理论建立模型，结合计算机信息技术，为飞机液压系统故障排除做出贡献，流行的BP神经网络技术和遗传算法。例如，在对飞机液压系统进行故障排除时，可以对液压系统的振动信号进行分析和处理，找到飞机液压系统的具体故障位置；它也可以基于整个液压系统，从飞机液压系统的总体压力或局部压力的角度出发，考虑飞机液压系统的总体工作状态，分析和处理压力信号，并从中提取特征向量，从而找到飞机液压系统的故障位置。
2问题现象及分析
2.1问题现象 在对某型飞机进行飞行后检查时，发现发动机变速箱中有红色液体，分析为15号航空液压油。检查变速箱附近的管道，发现导管中没有泄漏。检查与变速箱相连的液压泵，发现安装座附近漏油。因此判断为主液压泵漏油。
2.2原因分析
对有缺陷的产品进行了拆解和检查。产品的一些泵腔零件出现不同程度的高温变色，橡胶零件在高温下老化并失去弹性。根据同类型其他产品的统计，已发生8起类似的漏油故障。
液压系统采用15号航空液压油，为I型液压系统，工作温度为-55℃～+70℃。根据现场监测，部分泵壳温度已达130℃，表明油温已超过70℃。分解泵壳回油过滤器后，发现滤油器滤芯污染严重。根据测得的流动阻力，发现流动阻力已达到0.4MPa。此时泵壳回油量小于0.1L/min，根据液压泵总成的解体检查，泵腔内零件表面在高温下已被氧化，只有当温度超过200℃时才能达到该状态。泵的密封采用丁腈橡胶，工作温度范围为-55℃～+120℃。200℃的高温不仅会使液压油变性，还会使橡胶和塑料零件老化，失去密封性能。
根据以上分析，泄漏原因如下：
除起飞和着陆阶段外，泵处于零流量状态。在这种状态下，液压泵只能通过壳体的回油散热。液压泵含有多对摩擦副，在运行中会造成磨损，液压系统的热量没有及时散失，会导致油温超过航空液压油的氧化稳定温度指标，加剧氧化油的氧化，产生的污染物增加了滤油器的流动阻力，导致泵壳回油量较小，散热能力差，油温过高，导致密封材料失效，漏油。
2.2.1最小回油量分析
根据上文分析，对零流量状态下的散热能力进行计算。
热平衡是指液压泵在工作过程中功率耗损产生的热量应与液压泵散热相平衡，即：
U1=U2U1=U2 式中U1——液压泵在单位时间里传递走的热量；
U2——液压泵的功率损失在单位时间里产生的热量。
液压柱塞泵摩擦副产生的泄漏以及黏性摩擦是引起柱塞泵功率损失的主要因素。当液压泵处于零流量状态时，其产生的热基本依靠回油传递出去，而在液压泵大流量状态工作时，绝大部分热量通过高压油液从高压出口传递。根据该泵实际使用工况，其处于零流量工作状态占比较大。
根据该液压泵组件实测数据，液压泵在零流量状态工作时，其输入功率约为0.47kW,此时的输入功率完全是机械摩擦、油液泄漏产生的损耗,即U1=U2=0.47kW。
2.2.2回油压力分析
液压泵进口的吸油压力为（0.12±0.01）MPa。在液压泵回油管路上，滤油器的流动阻力为0.25MPa（以25L/min的流量测量），滤油器污染指示器的开启压差为0.5±0.05MPa。液压泵正常工作时，液压泵的回油压力应大于滤油器流动阻力和吸油压力之和，即（0.37±0.01）MPa；滤油器堵塞时，液压泵的回油压力应大于滤油器污染指示器的开启压力和吸油压力之和，即液压泵的回油压力应大于（0.62±0.06）MPa。
考虑到滤油器的各种情况，滤油器堵塞时所需的回油压力最高，回油压力为0.6MPa时，液压泵的回油量为0。此时，液压泵很难通过机油散热。
2改进措施和验证
2.1改进措施
液压泵为恒压变量活塞泵，采用高压阀调压，阀和阀套为滑阀结构。目前，阀门和阀套均为正重叠形式，建议采用负重叠结构形式，以提供连续的液体流动，保持适当的油温。经过多次计算和试验，对高压阀的阀肩尺寸进行了优化。肩部尺寸从3.32-0.05毫米优化到2.8-0.05毫米，可以满足产品的回油量要求。 改善回油产生的工作原理：a端的高压油通过阀口流入B端，B端的部分油流入后续活塞腔推动旋转斜盘变量，部分油在压差的作用下流入C端，作为回油流入泵腔。
肩部的中间位置是阀门工作形式的理想状态。在产品的实际工作过程中，由于随动活塞间隙泄漏，随动活塞腔内的压力会发生动态变化。同时，由于泵的压力脉动特性，阀门沿阀门轴向振动，导致通过阀门肩部节流窗口的流量随时发生变化。
2.2验证
2.2.1仿真验证
采用AMESim系统仿真软件对改进后的活门组件进行仿真分析，活门组件按负重叠设定，活门套筒通油孔直径为3.2mm,凸肩宽度为2.8mm，根据仿真计算结果，回油量为1.56L/min,与计算结果基本一致。
2.2.2地面试验验证
选取2台该型液压泵，编号为1和2作为试验子样，测试活门凸肩改进前后的性能、回油压力及回油流量、压力脉动、响应时间及稳态时间。
2.2.3装机前安全试验
为满足改进产品的装机要求，选取了1台产品经改进后进行了装机前的相关试验验证，试验项目为性能试验，最大瞬时压力、响应时间、压力脉动试验，耐久试验，高温试验，低温试验，振动试验，耐冲击试验。改进前后主要技术指标对照表见表5,改进后产品试验结果符合设计及相关标准要求。活门改进后的液压泵在试验过程中工作可靠稳定，性能满足设计要求。
结论
液压系统作为飞机上重要的控制辅助系统，主要为飞机在飞行过程中起落架的收放、各操纵面和升降装置的控制提供动力源。在液压系统的帮助下，飞行员可以更轻松有效地控制飞机操纵面，从而控制飞机完成整个飞行过程。此外，它还确保了飞机机轮制动和前轮转向等许多功能的正常发挥。因此，飞机液压系统的持续正常运行对飞机在整个飞行过程中的安全性、稳定性和可靠性具有重要影响。快速提高飞机液压系统的故障诊断能力，对于保证飞机飞行的安全性和可靠性，大大降低飞行事故率，也具有重要的现实意义。
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