商用飛機液壓系統研制過程淺析

馮軼博

（上海飛機設計研究院，中國 上海201210）

0 引言

液壓系統是飛機上最重要的機載系統之一，是飛機的重要姿態控制和安全保證子系統。現代飛機上的作動系統有液壓、電力、氣壓和機械作動系統等四種形式。液壓作動的特點是重量輕、動作平衡可靠，易于維修檢查，除少量的摩擦損耗外，能量傳輸效率幾乎達到100%，因而液壓作動系統成為現代飛機上操縱執行機構的主要動力，在操縱面和增升裝置等飛行控制領域，以及起落架收放、剎車、轉彎等方面應用最廣，目前的飛行器幾乎完全采用液壓作為動力，并由飛控計算機進行電傳綜合控制，來操縱飛機控制舵面，實現飛行姿態和軌跡的控制。機載作動系統的性能優劣將直接影響飛機的整體性能和安全可靠性，由此更可體現出對液壓系統研制過程規劃的重要性。

1 液壓系統的功能及組成

商用飛機液壓系統按功能可分為液壓能源系統和工作回路兩個部分。液壓能源系統應滿足為飛機上所有使用液壓驅動的活動部位提供液壓能源，并保證卸荷與散熱等方面的要求，具有充分的安全性與可靠性。液壓能源系統主要由包括產生和轉換液壓能量的發動機驅動泵、電動泵、能源轉換裝置，儲存油液的油箱，清潔油液的油濾，各種控制液流的閥類，管路系統，監視壓力、溫度和油量等的指示系統，邏輯控制組件以及維護組件組成。 系統額定工作壓力一般為3000psi 或5000psi，主流工作介質為阻燃磷酸酯基液壓油。

隨著飛機的發展，液壓系統的用途日趨擴大，工作回路中所操縱的對象日益增多。不同的機型，根據需要配置的液壓系統用戶不同，但基本都是需要大功率驅動的機械運動執行部件，較為典型的液壓用戶有：

1）主飛行操縱：升降舵、方向舵、襟翼、副翼、多功能擾流板、地面擾流板；

2）高升力系統操縱：襟翼系統、縫翼系統、襟翼翼尖剎車、縫翼翼尖剎車；

3）起落架收放、主起機輪剎車、前輪轉彎；

4）發動機推力反向系統；

5）客艙、貨艙、起落架艙等艙門操縱系統；

6）其它不頻繁使用的用戶，如沖壓空氣渦輪（RAT）的地面回收功能。

液壓系統一般均由四類元件組成，包括動力元件，如液壓泵，將機械能轉換成液壓能；執行元件，如液壓作動筒和液壓馬達，將液壓能轉換成機械能；控制元件，如各種液壓閥，調節各個部分液體的壓力、流量和方向，控制系統的工作狀態，滿足工作要求；輔助元件，除上述三項組成元件之外的其它元件，包括油箱、油濾、散熱器、蓄壓器及導管、接頭和密封件等。

2 液壓系統研制過程

液壓系統的研制過程是飛機研制壽命周期中研制階段的子集，即從液壓系統功能分配到完成設計實現。 基于SAE ARP 4754A 的飛機研制壽命周期。其中的飛機或系統研制過程包含了功能、架構、設計及實現等過程，并在設計過程中不斷更正、優化系統功能。

將液壓系統研制過程細化，有以下的主要研制過程。 首先需根據需求定義出液壓系統要求的所有功能，然后進行液壓系統的冗余度分析，確定采用1、2 或3 套液壓系統，確定液壓用戶的分配并形成系統原理圖。 接下來需要編寫初步系統安全性分析（Preliminary System Safety Analysis）報告，選擇并確定液壓系統各作動原件的類別及具體型號，形成初步的系統布局圖和元器件安裝圖并確定各作動元件的關閉及流量控制方法。建立液壓能源生成系統的需求表，設計能源生成系統并完成系統級的熱分析計算，完成最終系統布局圖和元器件安裝圖，開展系統級設計研究并完成系統實現。確認設計滿足需求，開展元器件的設備鑒定試驗、地面以及飛行試驗。進行液壓系統的安全性分析（System Safety Analysis）。并在系統設計實現和進行安全性分析的過程中按需優化或更正相關的設計輸入，完善系統的設計。 整個液壓系統的研制流程圖如圖1 所示。

圖1 液壓系統研制流程圖

其中液壓能源系統的設計（不含系統實現）又可細化如下過程：

1）建立液壓能源系統需求表；2）完成液壓能源系統原理圖；3）選擇液壓油箱類型；4）確定液壓泵、蓄壓器及液壓油箱的規格；5）選擇油箱油位指示方式；6）選擇壓力卸荷閥；7）油濾選型；8）建立液壓能源生成系統的需求表；9）確定哪個油濾需要旁通功能；10）如采用蓄壓器，確定蓄壓器類型；11）完成系統布局圖和元器件安裝圖；12）進行系統及的熱分析；13）如需要，設計熱交換器；14)設計地面維護接口；15）按需重做（迭代）。

3 結束語

商用飛機液壓系統研制過程的特點主要是所實現系統在滿足系統需求及適航規章要求的同時，還要保證液壓系統的完整研制過程按照審查方認可的設計流程完成系統需求捕獲、分配及確認，并對系統進行了驗證和安全性評估、分析等工作。

［1］INCOSE，SYSTEMS ENGINEERING HANDBOOK.Version 3.2.2 October 2011[Z].

［2］SAE ARP 4754A，Guidelines for Development of Civil Aircraft and Systems[Z].2010-12.