民用飞机液压系统压力级别选取论证研究

７ 结 语 液压体制 ， 必将提高飞机维护成本 。 正 在 研 制 中 的新一 代 国产 新 支线 飞 机 是 ２ ａ １ ＭＰ 综合以上研究和分析 ， 系统高压化 ， 有效降低 系
压力体制 ， 总装制造部 门已经对 ２ ａ １ ＭＰ 系统 的总装 统的重量和体积 ； 但不可避免的带来多方面技术难题
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温 体秸动与控 蠡 － ｜
２ １ 第６ ０年 期 １
统密封等带来很大的影响， 而且现代飞机将大量使用 ６ 国 内飞机 高压液压 系统发展现状 导热能力差 的复合材料 。这样一来 ， 势必要增加冷 我 国航 空液压 系 统长 期 以来 主要 以 ２ ａ 压 １ ＭＰ 液 却、 散热部件的体积和重量 。这样 ， 提高系统压力所 系统为主。在 ２ ａ １ ＭＰ 液压系统的研制 、 生产和使用 带来 的系统重量的降低 、 体积 的减小 ， 就会被温升 问 中， 积累了丰富 的经验 ， 但也 出现过许 多问题。如某 题 抵消 ， 得不 偿 失 。 型 飞机在 研 制过程 中 ， 发生 过液 压泵 出 口导 管破 裂导
３ ａ Ａ３ ０ ５ＭＰ ： ８ 飞机 ， ３ ０ ＷＢ飞 机 ， ７ ７ Ａ ５Ｘ Ｂ ８ 飞机 ， Ｊ Ｆ 扰 Ｓ
机 ）， 客 系 列 飞 机 （ Ａ３ ０ Ａ３ ０ 空 除 ８ 、 ５ ＸＷＢ） Ｆ １ 、 ２ ａ ， ．５ １ ＭＰ 作为 飞机液压系统 的基础压力 ， 综合考虑多
取 液 压 系统 压 力 级别 对 系统性 能 、 研制 成 本 、 制 周 研 期 都有 重要 意义 。
量正 比于液压元件体积 的２ 次方与流速的乘积 。由 ／ ３ 此可见 ， 提高液压系统压力是克服矛盾冲突 的唯一解
本文通过液压系统压力级别 的权衡研究分析 ， 为 决方案。 液压系统重量减少 １ ｇ 可以使飞机结构重量减 ， ｋ 国产飞机液压系统压力级别选取提供理论依据 。
民用飞机液压 系统压 力级别选取论证研 究
朴学 奎
（ 上海飞机设计研究 院液压系统设计研究部 上海 ２ １ ０ ０ ２ ３） 摘 要 ： 民用飞机液压系统高 压化 ， 未来航空液压 系统发展趋势 。液压系统高压化 能带来系统重量和体积 明显降 是 低 ， 高飞机的经济性 。但是 在技术方 面还存 在一定风 险 ， 提 目前 只有空客 Ａ３ ０ ８ 和在研的空客 Ａ３ ０ ５ 和波音 Ｂ ８ 采用 ７７ ３ ａ ５ＭＰ 高压系统 。该文对各 型号 飞机 液压 系统压力级别进行权衡研究分 析 ， 国产飞机液压 系统压 力级别选取提供 为
成果。
图１ 和图２ 是液压缸体积与工作压力关系图 ， 从 图 １ 看 到 ， 大 输 出力 ４４ ０ 的液 压 缸 在 工 作 压 中 最 ５ Ｎ 力 ２ ａ附近时体积最小 ， ８ ＭＰ 而最 大输 出力 ４ ０ ４ ０ ５ Ｎ
的液压 缸在 工作 压力 ３ ａ附近 时体 积最 小 。 ５ ＭＰ
注 ： 一 最大输 出力 ； 一最 大行程 ； Ｍ 一 ’ ＿活塞最大速度 －
图 ３液压缸重量与工作压 力关 系图
注 ： 一最大输 出力 ； 一最 大行程 ；
一活塞最大速度
图 １液 压 缸体 积 与 工 作压 力 关 系 图
注 ： 一 最大输 出力 ； 一 最大行 程； ’ ＿活塞最大速度 Ｘ Ｍ一 ＿
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溢体秸动与 控副
Ｆ ｕ ｄ Ｐ ｗｅ ｒ ｎ ｍｉｓｏ ｎ Ｃｏ ｔ ｌ ｌｉ ｏ ｒＴ ａ ｓ ｓｉｎ ａ ｄ ｎｒ ｏ
Ｎｏ６Ｓ ｒ ｌ ． ） ． ｅｉ ４ （ ａ Ｎｏ ９
Ｎｏ ． ２ １ ｖ ， ０１
表 １液压 系统重量 、 体积变化与提高工作压力的关 系 压力提 ２ 提高到 １ ２ 提高到 １ ２ 提 高到 １
２ 系统 高压化 带来 的意义
随着 飞机 研制 水平 的提 高 ， 对液 压 系统 的重 量 和
体 积要 求越来 越高 ， 使得液压系统 向高压化方 向发 展， 提高液压 系统压力能有效地 降低系统重量 ， 减小
上世纪 ９ 年代 ， ０ 通过引进第三代飞机 ， 国开始 我 了高压 液压 系 统 ２ ａ ８ＭＰ 的研 究 。南 京液 压 中心 及 贵
经过多年的 压系统的影响是相当严重 ， 轻则使管路磨损支撑结构 阳液压件公司与北京航空航天大学联合 ， 解决诸多关键技术难题 ， 最终在 国内首次研制 损坏 、 附件失灵 ， 重则会造成飞机严重事故 。国内外 研究 ，
１ 飞机液压 系统 工作压 力发展现状
目前 ， 飞机 液压 系统工 作压 力选 取如 下 ：
２ ａ Ｙ１ 飞 机 ， Ｒ ２ 飞 机 ，８ 列 ，Ｈ １ ＭＰ ： ０ Ａ Ｊ１ Ｊ系 Ｊ ７系
少４ ， 或者使飞机承载能力 提高 １ 。现代民用 ５ 飞机多采用超临界翼面 ， 操纵舵面的液压执行元件的 安装空间小 ， 要求液压执行元件的体积缩小。 国外大量研究结果表明， 飞机液压系统缩小体积
图２液压缸体 积与工作压 力关系图
图３ 图４ 和 是液压缸重量 与工作压力关系图 ， 从 ４ 高压化会增加 系统发热量 ． ２ 图中看到 ， 最大输出力 ４ ５ ０ ４ Ｎ的液压缸在 工作压力 液压系统 向着高压化 、 大功率方 向发展 ， 将会带 ２ ａ １ ＭＰ 附近时其重量最小 ； 而最大输 出力 ４ ０ ４５０Ｎ 来 系 统无 效 功 率 增加 。液 压 系统 无 效 功率 主 要体 现 的液压缸在工作压力 ２ ａ ８ ＭＰ 附近 ， 其重量最小。 为 产 生 大 量 的热 能 ， 而 导 致 液 压 系统 温 度 急 剧 上 从 从 以上数 据 分 析 ， 以粗 略得 出 ， 可 系统 工 作 压 力 升。系统温度升高会对系统油液：化、 老 附件寿命及 系 在２ ａ ３ ａ ， ８ ＭＰ 到 ５ ＭＰ 时 液压系统重量体积最小。
图 ４液压缸重量与工作压 力关 系图
４ 液压 系统高压化带来的问题
４１高压化会 降低 系统效率 ．
国外研究证 明， 在一定 温度条件下 ， 液压泵功率 损失与液压泵压力 的平方成正 比， 其他液压附件的泄 漏也存在此种规律 ， 只是它们的泄漏系数相对较小 。 因此 液压 系统 提高 压力 级别 ， 会产 生很 大 的能量 损 就
收稿 日期 ：０ １ ９１ ２ １－ ．３ ０ 作者简介 ： 朴学 奎（ ９ ２） 男 ， 士 ， １７一， 学 高级 工程师 ， 主要从事 民用 飞机
液 压 系 统设 计 研 究 工作 ． ．
高情况 统
系 重 量
２ ＭＰ ８ ａ ２４ ％ ．６
１． ３８％
３ ＭＰ ５ ａ １． ２２％
和降低 重量 的最有 效途 径 ， 是提 高 系统工 作压 力 。 以 种 设 计 因数 ， 在不 计 最 初 的试 制 成 本 时 ， 系统 重 量 使
列 ，１ 列 飞 机 ， 音 系 列 飞 机 （ Ｊ０系 波 除在 研 的 Ｂ ８ 飞 ７７ Ｆ１ 、 一８ 一６ Ｆ １ 等军 用飞 机 ； ２ ａ Ｊ１ 列 飞 机 ，一２ 机 等 主 要 应 用 在 ８ＭＰ ： １ 系 Ｆ２ 飞 军 用飞 机 ， 和式 超音 速飞 机 ； 协
不乏 因液 压管 路振 动 ， 飞机 出现严 重事故 的事 例 。 出 了 ２ ａ 压 液 压 柱 塞泵 ， 我 国航 空 液 压 系 统 ８ＭＰ 高 为 高压化打下 了基础。某型飞机研制过程中 ， 在引进 、
５ 经济成本方面带来的缺 点
消化的基础上 ， 自主研制 出２ ａ ８ ＭＰ 高压液压系统 ， 完
引 言
在要满足大功率安全可靠性和有效载荷等飞 的日 益发展 ， 飞机 总体对液压系统重量和体积提出更 的难题 ， 问题 的焦点集 中在降低重量和 为苛刻的要求 ， 这迫使液压 系统 向高压化方 向发展 。 行性能要求的前提下 ， 即流 飞 机液 压 系统压 力 级别 作为 系统 最基 本参 数 之一 ， 是 减小体积上。如果保持液压系统输 出功率不变 ， 根 流 液 压 系 统 和液 压 附 件设 计 的最 重要 的依 据 。合 理 选 量 与压 力 的乘积 不 变 ， 据 液 压 系统 的相 似准 则 ，
最小 的压力是 ２ ａ 采用钢和合金钢材料 的液压 ８ ＭＰ ； 系统最 佳压力是 ３ ａ 采用钛合金材料 的液压 系 ５ ＭＰ ； 统最 佳压 力 是 ５ ａ ６ＭＰ 。表 １ 以 ２ ａ 为基 准压 是 １ ＭＰ 作 力， 提高系统工作压力之后 ， 液压系统重量体积的变
化情 况 。
２＿ ８３％
５ ６ＭＰ ａ ３ ０％
４ ０％
降低
变 体积 化 减小
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朴学奎： 民用飞机液压系统压力级别选取论证研究
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３ 马 丁 公 司研 究 结 果
从上世纪 ６ 年代开始 ， 国马丁公 司通 过大量 ０ 美 的分析与研究 ， 对液压系统体积重量与系统工作压力 关 系方 面取 得 了很好 的成果 ， 成果 应 用于 很多 飞 机 该 液压系统方案设计 中被采用过 ， 下面简单介绍其研究
内， 在航线服务 的大部分 飞机的液压系统体制还是 ２ ａ ８ ＭＰ 液压系统研制和使用过程 中也出现过问题 ， ２ ａ 因此 航空公 司及各 机场地面服务设备都 以 １ ＭＰ ， 应值 得注 意 。
２ ａ １ ＭＰ 压力 体 制来 配置 ， 如果采 用 ２ ａ ３ ａ ８ ＭＰ 或 ５ＭＰ
４３ 高压化会使压 力脉动和 管路振动更加严重 致飞机烧毁的严重事故 ； － 如某型飞机试飞和使用过程
液 压 系统 提 高 压力 ， 仅 会 出现新 的 问题 ， 不 而且 中出现过 液压 系统 温度过 高 的问题 。
过去液压系统 已有 的一些问题将更加突出， 尤其是压
力 脉动 和 管 路振 动 问题 。这 些 脉 动 和振 动 有 时对 液