民機液壓系統壓力測點改裝技術探討

周亮　樸學奎

【摘 要】民機液壓系統在研制取證過程中需要對系統重要的壓力參數（通常包括壓力脈動、壓力沖擊和背壓等）進行測量和分析，以便確定液壓系統滿足合適的功能和性能設計指標。本文分析了液壓壓力測點改裝的常用方法，從改裝需求出發，到詳細設計過程和方案實現，系統闡述了液壓壓力測點改裝的關鍵技術和工作思路，給出了可供相似民機液壓系統研制借鑒和參考的方法和流程。

【關鍵詞】民機；液壓壓力；測點改裝

0 前言

飛行試驗是民機液壓系統研制和適航取證階段的重要工作。通過飛行試驗可驗證液壓系統功能和性能指標，以及與機上航電、動力、電源、飛控、起落架、高升力和機輪剎車等系統交聯及響應是否正常，還可以檢查飛機液壓系統在飛行包線范圍內是否滿足設計要求。民用飛機液壓系統通常（不局限于）需要進行任務包線試飛、環境科目試飛、故障類試飛、振動特性試飛和瞬態峰值壓力試飛等科目。另外，飛行試驗也是表明“在安裝后功能正常”等符合適航規章[1]要求的重要試驗，是民用飛機最終取得型號合格證（TC）路上最艱巨的難關。

為收集液壓系統自身壓力參數和相應飛行狀態參數（通常包括空速、高度、推力、襟縫翼卡位、起落架輪載以及大氣總溫等參數），除通過總線直接抽引的參數外，還需要針對為獲得液壓系統關鍵位置的壓力參數對系統進行加裝和改裝工作。

1 壓力測點改裝的常用方法

按照民機液壓系統的工作壓力級別（通常為3000psi和5000psi），液壓系統大都屬于高壓流體系統。壓力測點改裝常用的方法主要有以下幾種：

1.1 旁路單點直插式改裝

旁路單點直插式改裝通常是指在液壓系統被測設備和管路連接部位放置一特殊形式的三通接頭（或直接在管路上焊接一個旁路帶Boss端的模塊），這種三通接頭是采用旁路帶Boss端的特制接頭。這種改裝形式的優點是：a.測量位置靠近被測對象，能最大限度的減少系統性測量誤差；b.高速響應特性好；c.安裝和維護成本低。缺點是：安裝形式適應性較差，對于特殊飛機部段（例如機翼前后緣、吊掛、三角區等）實時難度較大。

1.2 支路單點引導式改裝

支路單點引導式改裝通常是指在液壓系統被測設備和管路連接部位向外引導出一段測壓管，測壓管的端部和傳感器相連。這種改裝形式的優點是：a.不需要特制三通接頭，使用成本低；b.對安裝形式的適用性好，可以滿足空間狹小或擁擠部段的維修與更換需求。缺點是：a.測量的精度會出現不同程度的下降，尤其是對于壓力快速變化動態信號響應變慢。b.新增測壓管，增加一定的重量，多引入一個潛在泄漏點。

1.3 主路多點共用式改裝

所謂的主路多點共用式改裝是指采用一種集成單元，可以同時實現2～3種接口形式的測點布置。這種集成單元通常是類似與管路直通連接件，在其本體上開合適的孔，不需要額外增加三通接頭或者測壓管。這種改裝形式的優點是：a.集成化程度較高，可以帶來2～3倍的效率提升；b.集成單元比較緊湊，可以減輕重量。缺點是：存在共模失效帶來的多點故障風險。

上述三種方法是通常使用的典型方法，實際型號應用時可以根據系統自身需求采用一種或幾種聯合的形式對壓力測點整體方案進行合理優化。

2 壓力測點改裝需求

液壓壓力測點改裝的頂層需求一般是來源于液壓系統所需要進行的驗證試驗項目。在液壓系統驗證試驗項目中，和壓力測點密切相關的主要有：油泵壓力脈動測試、局部瞬態峰值測試和壓力可達性測試等驗證項目。不同類型的驗證項目所需要考核的壓力特點各有不同，因而壓力測點改裝的需求也有差異。

2.1 油泵壓力脈動測試類改裝需求

油泵壓力脈動測試主要是測定每個液壓油泵出口段的壓力脈動最大峰值不得超過系統（或泵）額定工作壓力的相應比例（通常為5%～10%）。由于該驗證科目需要測量高頻的壓力脈動信號，因而壓力測點應該盡可能采用旁路單點直插式（或主路多點共用式）改裝，應盡量避免采用支路單點引導式改裝形式。同時這種壓力脈動測試類改裝需要較高的頻響特性指標，壓力測試傳感器應選擇帶寬較高的規格，并且測試系統需要選擇很高的采樣速率（通常在10KHz以上）。

2.2 局部瞬態峰值測試類改裝需求

局部瞬態峰值測試主要是測定液壓系統主要的泵和用戶作動器端口的瞬時峰值壓力在規定的范圍內（不超過額定工作壓力的125%）。同樣，由于該驗證科目需要測量變化較快的瞬態峰值壓力信號，因而壓力測點應該盡可能避免采用支路單點引導式以避免出現峰值壓力削波的情況。這種瞬態峰值測試類改裝可選擇中等帶寬的壓力測試傳感器規格，而測試系統的采樣速率通常選擇2KHz左右。

2.3 壓力可達性測試類改裝需求

壓力可達性測試主要考察液壓能源系統提供給用戶系統的實際可用壓差是否滿足設計的指標。通常需要對單套系統各個支路上最遠端液壓用戶入口壓降進行測量。例如，對機翼翼尖的縫翼和副翼作動器端口進行測量。由于這種測量方式基本考核穩態的壓力指標，并且安裝區域空間限制比較大，因此可以推薦使用支路單點引導式改裝形式。

上述三類主要的壓力相關測點改裝需求是比較常見的類型，實際型號應用當中往往是幾種權衡交替使用的。

3 典型壓力測點改裝設計與實現

下面以某型民機液壓系統的壓力測點改裝為例，從傳感器選型、三通接頭設計、到局部管路更改設計實現，完整闡述民機液壓壓力測點改裝設計的實踐過程。

3.1 傳感器選型

根據液壓壓力測試需求，選擇分別選擇三種量程的壓力傳感器：分別為3000psi（泵出口、油箱自增壓出口和壓力油濾出口）、1000psi（用戶回油口）以及500psi（泵殼體回油口）。在具體選擇傳感器型號時主要考慮以下參數：

a.機械特性：主要包括重量、接口螺紋、密封形式、直徑和長度；

b.電氣特性：主要包括輸入激勵、輸出模式和接插件類型；

c.功能指標：帶寬、精度和工作溫度范圍；

d.其他：價格、供貨周期、可靠性和使用經歷等。

綜合權衡上述各項指標，選定壓力傳感器分別為GE公司的PMP系列和Kulite公司的ETM系列的壓力傳感器，用以支持液壓系統試驗和試飛測試。

3.2 三通接頭設計

首選旁路單點直插式改裝形式，需要針對上述兩種傳感器分別特制相應的三通接頭。在三通接頭的旁路采取與傳感器螺紋接口相匹配的母端（符合AS5202）[2]，同時考慮防松設計要求這種類型的傳感器安裝必須按規范打上保險絲。

3.3 局部管路更改設計實現

針對不同改裝方式，分別開展管路局部更改的詳細設計工作，完成全系統的改裝設計工作。在管路改裝設計中，主要遵循了以下重要設計準則：

a.改裝設計時，盡可能使三通或新分段的管路易于拆裝，并且還要易于測壓管安裝；

b.在機翼和尾翼區域改裝時應考慮作動器的活動包絡，注意避讓作動器的拆裝通道；c.旁路單點直插式改裝方案需要考慮傳感器的朝向，首選沿重力方向布置，同時需要考慮傳感器電氣連接端的插拔空間和線束固定位置；

d.由于測壓管通常可看作對原有管路構型進行結構加強，對導管的振動影響較小。旁路單點直插式安裝方式必須考慮支撐位置選擇和局部結構加強，以消除對原有管路的振動特性產生不利影響。

4 結論

從改裝設計和實施過程來看，液壓壓力測點改裝滿足了驗證試驗科目的測試需求。所采用的改裝形式有效利用了各個安裝布置區域的不同特點，進行了合理的優化。上述所采用的方法經過了型號實踐檢驗，也給出了可供相似民機液壓系統研制借鑒和參考的方法和流程。

【參考文獻】

[1]CCAR-25-R4 運輸類飛機適航標準[M].北京：中國民用航空局，2011.

[2]SAE AS5202 Port or Fitting End， Internal Straight Thread Design Standard[Z].

[責任編輯：楊玉潔]