飛機(jī)液壓系統(tǒng)散熱方案簡述

韓定邦

【摘 要】現(xiàn)代飛機(jī)液壓系統(tǒng)朝著高壓化趨勢發(fā)展，給液壓系統(tǒng)散熱帶來很大挑戰(zhàn)。本文介紹了3種典型的液壓系統(tǒng)散熱器，可作為民用飛機(jī)液壓系統(tǒng)散熱設(shè)計參考。

【關(guān)鍵詞】民用飛機(jī)；液壓系統(tǒng)；散熱

0 引言

液壓系統(tǒng)發(fā)熱的原因為不可能將輸入能量全部轉(zhuǎn)化為有效做功。無效功率的主要轉(zhuǎn)換為熱量，所以，液壓系統(tǒng)正常工作溫度一般大于環(huán)境溫度。當(dāng)系統(tǒng)生熱量和系統(tǒng)散熱量相等時系統(tǒng)達(dá)到熱平衡。

液壓系統(tǒng)油液溫度過高會有以下影響：油液氧化作用加劇而變質(zhì)；油液粘度降低，系統(tǒng)內(nèi)泄漏量增大，導(dǎo)致系統(tǒng)的容積效率降低；橡膠密封件變形，加速老化失效進(jìn)程，造成系統(tǒng)的外泄漏；使作動器膨脹系數(shù)不同的運動副的間隙變小或發(fā)生卡阻現(xiàn)象；飛機(jī)火災(zāi)隱患[1]。

因此將液壓系統(tǒng)設(shè)計在指定的溫度范圍內(nèi)能達(dá)到熱平衡狀態(tài)十分重要。

1 飛機(jī)液壓系統(tǒng)熱分析方法

液壓系統(tǒng)的發(fā)熱源主要有：

●泵和閥的內(nèi)部泄漏；

●用于節(jié)流和控制的閥和孔口；

●在管路、接頭和通路中的流阻壓降；

液壓系統(tǒng)的散熱方式主要有：

●液壓系統(tǒng)與案件和飛機(jī)結(jié)構(gòu)之間的熱傳導(dǎo)；

●液壓元件周圍的空氣對流；

●液壓元件的熱輻射；

●熱交換器。

在飛機(jī)伺服作動系統(tǒng)中，變流量泵的所有輸入能量幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱（在靜態(tài)穩(wěn)定操作工況下），當(dāng)系統(tǒng)沒有工作輸出，系統(tǒng)溫度高到一定程度使系統(tǒng)散熱率和系統(tǒng)輸入能量相等，這時候就達(dá)到了熱平衡。

Win=Qloss=UA（Tsys-Tair）

其中，

Win=輸入能量

Qloss=熱損失

U=總傳熱系數(shù)

A=系統(tǒng)表面積

Tsys=系統(tǒng)溫度

Tair=系統(tǒng)溫度

若液壓系統(tǒng)通過自身設(shè)備及管路與周圍環(huán)境的對流、輻射和熱傳導(dǎo)散熱使得熱平衡溫度與設(shè)計預(yù)期相符，就不需要在系統(tǒng)中設(shè)置熱交換器。如果通過熱分析表明系統(tǒng)自身散熱不能滿足溫度要求，那就需要專門的熱交換器來散熱。

2 液壓系統(tǒng)熱交換器種類

飛機(jī)液壓系統(tǒng)熱交換器根據(jù)冷卻介質(zhì)不同可以分為以下幾種：

液冷式：液壓油——燃油熱交換器

風(fēng)冷式：引氣熱交換器和沖壓空氣熱交換器

媒冷式：分體式熱交換器

2.1 液壓油—燃油散熱器

液壓油—燃油熱交換器是將液壓系統(tǒng)殼體回油管路蛇形布置并加裝翅片，以達(dá)到增大散熱面積的熱交換器。液壓油——燃油熱交換器一般布置在飛機(jī)燃油箱最低處，使散熱器大部分時間能夠完全浸入在燃油中以保證散熱效果。

典型的液壓油——燃油熱交換器如圖1所示：

為了系統(tǒng)不需要額外散熱時管路沿程損失，一般在殼體回油管路上還設(shè)置有旁通閥。熱交換器旁通閥是一個具有溫度控制功能的2位4通方向閥，用于控制系統(tǒng)殼體回油的流向。當(dāng)油溫高于某個設(shè)定溫度時旁通閥打開，殼體回油進(jìn)入熱交換器冷卻后進(jìn)入液壓油箱；當(dāng)油溫低于某個設(shè)定溫度時旁通閥關(guān)斷，殼體回油直接進(jìn)入液壓油箱。

液壓油—燃油熱交換器換熱效率高，且燃油比熱容為2.1×103J/（kg·℃），一般能夠滿足飛機(jī)液壓系統(tǒng)散熱要求。但液壓油—燃油熱交換器設(shè)計時需要考慮燃油箱防爆問題及液壓油泄漏污染燃油問題。

2.2 風(fēng)冷式散熱器

風(fēng)冷式散熱器是利用空氣與安裝在液壓管路上的散熱器進(jìn)行熱交換，空氣來源可以是發(fā)動機(jī)引氣，也可以是沖壓空氣。液壓管路散熱器的形式和液冷式散熱器類似，一般都有翅片增大散熱面積。并在殼體回油管路上也設(shè)置有旁通閥用來減少較低溫度時的管路沿程損失。

采用發(fā)動機(jī)引氣或沖壓空氣進(jìn)行散熱，都需要考慮地面低速情況下或者發(fā)動機(jī)關(guān)閉時液壓系統(tǒng)的散熱問題。一般的解決方案是在地面時采用液壓馬達(dá)或者電機(jī)帶動風(fēng)扇對散熱器進(jìn)行強(qiáng)制換熱，在空中由發(fā)動機(jī)引氣或者沖壓空氣進(jìn)行散熱。

典型的風(fēng)冷式散熱器如圖2所示：

2.3 媒冷式熱交換器

媒冷式熱交換器由散熱器、壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥等組成，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后的高溫高壓的冷媒以氣態(tài)進(jìn)入冷凝器散熱降溫液化，成為高壓液體，根據(jù)蒸發(fā)器出口的溫度調(diào)節(jié)膨脹閥中的冷媒的流量，使經(jīng)膨脹閥后得到的低壓液態(tài)的冷媒進(jìn)入散熱器，在散熱器內(nèi)吸收液壓油的熱量，變?yōu)榈蛪赫羝?，再進(jìn)入壓縮機(jī)，往復(fù)循環(huán)。利用冷媒狀態(tài)變化使散熱器中的液壓油得到冷卻，冷凝器周圍空氣得到加熱。媒冷式散熱系統(tǒng)的冷卻效率高，而且在地面時有良好的冷卻能力，高空高速飛行時有良好的經(jīng)濟(jì)性，節(jié)省燃油。

媒冷式熱交換器由于其系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜性、冷媒密封性以及控制元件可靠性的限制，目前還沒有得到廣泛的工程應(yīng)用[2]。

3 總結(jié)

以上根據(jù)冷卻介質(zhì)不同介紹了3種典型的飛機(jī)液壓系統(tǒng)散熱器。不同的散熱器方案在理論上有優(yōu)劣之分，但在實際應(yīng)用中則必須具體問題具體分析。設(shè)計飛機(jī)液壓系統(tǒng)散熱器時，可以根據(jù)計算分析結(jié)果，并結(jié)合飛機(jī)特點選擇以上一種或幾種組合的散熱器作為設(shè)計方案；設(shè)計時除了滿足系統(tǒng)計算、試驗分析的結(jié)果外，還應(yīng)考慮安全性、經(jīng)濟(jì)性等問題。只有滿足系統(tǒng)溫度性能要求，并具有安全性及經(jīng)濟(jì)性的方案才是最優(yōu)案。

【參考文獻(xiàn)】

[1]李炳健.淺析液壓系統(tǒng)中的發(fā)熱和散熱[J].山西機(jī)械，2003（S1）.

[2]黃新松，李文輝.直升機(jī)用蒸發(fā)循環(huán)制冷系統(tǒng)設(shè)計計算與仿真[J].直升機(jī)技術(shù)， 2016（4）.

[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint