飞机液压系统污染的危害及预防
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液压污染控制专辑13
飞机液压系统污染的危害及预防
张洪。高贺松北京航空工程技术研究中心
0引言飞机液压系统的工作介质是液压油。由于各种原
因及液压系统工作的特点,油液中常不可避免地混入
有害杂质,这就是通常所说的系统污染。液压油的污
染及污染的程度,不仅直接影响到液压系统的工作性
能、液压附件的使用寿命,而且关系到系统能否正常
工作以确保其使用可靠性,甚至会直接危及飞行安
全。从资料报导和飞机实际使用情况看,液压系统是
故障率最高的系统之一,而液压系统故障中,80%以
上与油液污染有关。
1液压系统污染后的主要故障模式
液压系统污染后的主要故障模式有以下几种:
(1)系统工作不稳定。这类故障表现为油压不
稳、压力跳动、响应迟滞等,系统工作时往往是随
机、瞬时的出现,故障短暂出现后能自动恢复正常,
系统停止工作后故障往往无法复现。引起该故障模式
的原因主要是由于油液污染导致油泵调节系统短时失
效和油泵柱塞短时卡滞,若故障持续的时间长、次数
多,将引起油泵失效。
(2)系统性能恶化。这类故障表现为附件内部
机件工作表面或棱边受到油液中大量颗粒的磨损和划
伤,使其工作性能逐渐变坏直至完全丧失。如液压泵
被磨损,就扩大了内部泄漏的通道,增大了泄漏量,
使输出流量减小。附件性能一旦恶化,其工作寿命也
就结束,此时附件必须修理或更换。
(3)完全失效和损坏。这类故障的表现是突发
性和灾难性的,如助力器的配油柱塞、电磁阀的配油
柱塞,若被一些较大且硬的污染物卡死或它们的控制
油路小孔被污染物完全堵塞,就会使相应系统控制失
灵或完全失去控制,这种现象一旦发生,就会造成严
重后果,甚至可能引起机毁人亡。另外,管路中某部
分的节流孔、油滤堵塞,会导致某分系统失效,如放
不下起落架、放不开减速板等。
2油液污染对液压系统工作的危害
液压系统油液污染,就污染的形态来分,有固
体、液体和气体,有时还伴随有胶体状污染物。固体
污染物主要是一些金属和金属氧化物微粒、灰砂尘
埃、橡胶碎粒及各种纤维等;液体污染物主要是水的
污染,有时也有一些别的油类和液体存在;气体污染物主要是空气,有时会有别的气体如氮气等。其中对
系统影响最大的是各种固体污染物、水分和空气。
2.1固体颗粒污染的危害飞机液压系统从制造、装配到使用维修整个过程
中,始终都存在着固体颗粒污染问题,其危害也是各
种污染中最大的。液压油中的污染颗粒,大部分是金
属和硅、铝等氧化物,它们的硬度一般都较高,通常
悬浮在油液中。当系统工作时,这些颗粒就随液压油
通过附件在系统中循环流动,给系统和附件造成损
害,如液压附件各配合面的非正常磨损、划伤、密封
件磨损等,系统附件的内外泄漏,滑阀机构的卡紧甚
至卡死等。因此,颗粒是引起系统性能故障、使其可
靠性降低和附件使用寿命缩短的重要根源。固体颗粒
污染对飞机液压系统的危害主要有以下几种:
①部、附件寿命降低。固体颗粒加剧运动部件的
磨损,使其寿命降低。其中危害最大的是液压泵。据
统计,现役飞机每年有近百台各型液压泵由于非正常
磨损,内漏量增大,系统工作压力达不到额定压力被
提前更换。
②系统堵塞。固体颗粒堵塞节流孑L、油滤使系统
传动速度下降或失效。如某飞机节流孔堵塞使前起落
架放不下;某型飞机回油管路堵塞使同油压力增大,
造成起落架护板自动收起、襟翼自动下掉、放气门自
动放开等。
③运动部件卡滞。固体颗粒使运动部件卡滞造成
操纵系统失效。据统计,现役色机每年都有十多起操
纵系统助力器配油柱塞卡滞,驾驶杆自动倾斜操纵困
难的案例。④控制机构失效。现役飞机很多系统采用了电液
伺服控制,如某型飞机的前缘襟翼操纵系统、电子防
滑刹车系统等,均由电液伺服阀控制。电液伺服阀精
密度很高,对油液污染很敏感,由于装备初期认识不
够,油液污染使这两个系统的故障率很高。
2.2水分掺入引起的危害
液压系统常会有不同程度的水污染,如液压油箱
加油口残存的水分、增压空气中的水汽、附件外露部
分(如动作筒活塞杆)凝结的水雾等,都极易进入
系统,特别是阴雨天更是如此。混入液压油中的水有
两种状态:溶解状态和游离状态。在一定温度与压力14液压污染控制专辑
下,液压油对水的溶解量是一定的,当系统进入少
量水分而未达到饱和状态时,它就呈溶解状态,此时
对系统影响较小。当进入系统的水分超过其饱和度
时,过饱和的水就成为游离水,或成为细小水珠悬浮
于液压油中,或成为较大水滴沉降于附件管路的低
处。水对液压系统最大的危害是腐蚀金属表面,其主要表现在:
①使液压系统的导管及附件产生锈蚀,使系统工
作表面性能下降,而产生锈蚀物颗粒污染;
②加速液压油变质;
③低温结冰使附件失效;
④破坏油膜强度降低润滑性能;
⑤使系统油滤性能恶化。
2.3空气对系统污染的危害
空气比水更易混入液压系统。除固体颗粒外,空气是系统第二大污染源,它在系统中有3种存在形
式,即完全溶解于液压油中的溶解状态、呈无数微小
气泡分散悬浮于液压油中的游离状态、大量空气聚集
在一起的气泡状态。气泡状态的空气常处于系统的高
点,这就给系统排除空气创造了有利条件。溶解于液
压油中的气体,通常不会影响系统的工作。而游离状
的空气,则会对系统产生有害的影响,甚至有可能产
生严重的危害。航空用矿物性液压油溶解空气的能力
很强,在常温常压下,液压油可溶解的空气达油液体
积的10%左右。在系统压力与温度发生变化时,空
气在系统油液中的状态也会相互转换,而且转换非常
迅速。其主要危害:
①产生气蚀,破坏附件内部配合面,如某型液压
泵由于气蚀使内部的高压腔与低压腔穿透,并生成新
的颗粒污染液压系统;
②降低了液压油体积弹性模数,使液压控制和执
行机构的响应迟钝及工作不稳定,如某型飞机平尾抖
动,刹车迟钝等;
③使系统压力不稳、压力上升缓慢,甚至丧失压
力;
④使液压油氧化变质、增加酸值和降低黏度。游
离空气还会破坏附件活动配合面的油膜,使配合面直
接接触,产生干摩擦,从而引起严重的粘着磨损;
⑤使系统工作产生振动,增加噪声。
3液压系统污染原因分析及预防措施
导致液压系统污染的原因很多,预防措施也很
多。作者仅从使用阶段缺少有效的油滤清洗设备、系
统清洗设备、油液监控设备3个方面论述导致液压系
统污染的原因及预防措施。
(1)油滤清洗设备。现役飞机维护规程规定,每飞行一定的时间(各型飞机根据对油液污染度的
要求不同,清洗油滤间隔的时间也不同)要清洗液
压油滤。目前,部队严格执行该项规定,但某些二代
机部队缺少超声波清洗设备,只能采用毛刷、洗涤油
加冷气吹的方法完成清洗。特别是某型飞机主液压系
统回油滤(YL-34)滤芯回油阻力大,故障时有发
生,而采用上述方法清洗该油滤的2个镍滤芯基本无
效。因此,出现襟翼下掉故障时,即便清洗了回油
滤,也不能保证其已清洁,若故障依旧,只能更换新
的滤芯进行试验,给排故、查找原因造成很大麻
烦。任何机种均需进行油滤清洗工作,应选用超
声波清洗设备清洗油滤,避免毛刷、汽油清洗不
彻底及清洗过程中的二次污染问题。另外,清洗
油滤后进行流阻试验是检查清洗效果的有效手段,
但一级维修没有落实此方法,部队仅用目视检查
清洗效果。建议首先在三代机部队配备油滤流阻
试验设备,然后逐步推广。
(2)液压系统清洗设备。目前,部分二代机部
队配备的液压油泵车没有系统清洗功能,也未配备系
统清洗设备。当系统出现污染或怀疑系统污染时的主
要方法是:更换液压油一清洗油滤一更换相关机件_
收放冲洗系统一放油检查质鼍等。从发现故障到恢复飞机良好,需要拆卸大量导管、更换大量机件,排故
的同时可能留下了其它污染隐患,也会因拆装动作较
多而增加维修差错。为对液压系统进行有效维护、减少系统污染,应配备液压清洗车或带清洗功能的液压
油泵车。另外,水对液压系统污染的危害已逐步被认
识,也为部分三代机部队配备了液压系统水去除设
备。但由于水污染造成的危害需要相当长的时间才能
表现出来,只有分解开部、附件才能看到内部的锈
蚀,所以在一级维修中对水污染的重视还不够,为三
代机部队配备了液压系统水去除设备基本没有使用。
建议在各型飞机维护规程中增加液压系统除水的要求。
(3)油液监控设备。目前,部分使用二代机的
部队对液压油的检测还停留在目视阶段,做法是:打
开放油开关放出一定量油液,用放油瓶接半瓶左右油
液,旋转晃动检查有无颗粒和水分。至于油液随使用
时间的增长而变色,什么样颜色可继续使用,也基本
靠目视检查。对油液质量有所怀疑时,送交油料部门
检验。由于没有油液监控设备,对油液质量缺少可信
的监控、检测手段,因而排除污染故障后,没有标准
证明系统已经清洁。且对油液进行检查时,因经验和
个人标准不同,同样的油液可能出现不同的检查结
果,所以应配备油液监控设备。