某型飛機起落架收放液壓系統故障分析及排除

任義志，李 華

(國營蕪湖機械廠 機電部，安徽 蕪湖 241007)

某型飛機起落架收放液壓系統故障分析及排除

任義志，李 華

(國營蕪湖機械廠 機電部，安徽 蕪湖 241007)

針對某型飛機在起落架收放過程中遇到的一個液壓系統故障問題，通過故障定位、故障機理分析、流量及流阻試驗、理論計算分析產生故障的原因，并據此設計了改善操作規范、控制椎體安裝的鋼球突出量、調換應急排油活門進油口與回油口等針對性的解決方案，完善了此型飛機設計上的缺陷，提升了飛機液壓系統的可靠性。

液壓系統；故障排除；飛機起落架

0 引言

起落架收放系統是一個程序控制系統，用于控制起落架的收起和放下以及起落架艙門的打開和關閉。工作原理是：起落架收放開關發出收放指令后，液壓電磁閥根據收放指令接通或斷開相應管路的壓力油供應，通過收放作動筒的運動，使起落架及其艙門按照一定的順序打開或關閉。系統能夠實現與液壓電磁開關的三個工作位置一一對應的“收起”“中立”“放下”工作過程[1]。飛機起落架收放系統是飛機一個重要的系統，其工作是否正常將直接影響到裝備的完好性[2]和飛行安全。

1 概述

1.1 工作原理

起落架放下時，主供壓油液經開關從放下接頭流出分成三路，分別通至左、右主起落架和前起落架的放下管路[3-5]。同時將輪艙蓋和起落架放下。各作動筒另一端的油液經應急排油活門流回主油箱。起落架收上時，來油進入，輪艙蓋動作筒收上腔，將輪艙蓋收起。各動作簡放下腔的油液經單向活門、電磁開關和應急排油活門回油箱。

1.2 故障現象

某型飛機在著陸放下起落架過程中，出現起落架較正常工況時放下速度“慢”的故障。起落架收放操作過程中，在起落架收放開關不經過“中立”位置泄壓，直接在“收上”位置和“放下”位置之間進行切換時，起落架放下會出現上述故障。更換應急排油活門后上述故障消失，重新裝配原機件后上述故障再現。因此，將出現上述故障的原因鎖定在應急排油活門上。

2 產品性能分析

2.1 應急排油活門的結構

應急排油活門工作狀態分為正常工作狀態和應急工作狀態。正常放起落架時，控制起落架收放作動筒的回油進入此活門的A接管嘴，進而經B接管嘴流回油箱；應急放起落架時，冷氣由D接管嘴進入此活門，柱塞和錐體的受力狀態由只受到錐體右端彈簧力變為同時受到柱塞左端冷氣氣壓和錐體右端彈簧力，在冷氣和彈簧力的共同作用下柱塞和錐體向右移動直致錐體封閉A至B間的通路，開啟A至C間的通路，作動筒的回油不再流回油箱而直接通往機外。產品結構如下圖1所示。

圖1 應急排油活門的結構

2.2 故障件性能試驗

將正常應急排油活門作為樣件，分別對故障件和樣件進行流量/流阻對比試驗。在5、8、10、14、16、20、22、25、28、30(L/min)流量下，分別檢測故障件和樣件流阻，見表1對比故障產品與樣件，發現在各試驗流量下流阻值相同，無異常，由試驗可看出該故障件流量/流阻性能無異常。

表1 流量/流阻對比實驗表

2.3 彈簧工作狀態分析

設計要求當氣壓升至P1=[0.18,1.47]MPa時，應急排油活門開始由正常工作狀態轉換至應急工作狀態。經測量柱塞截面D=1.5×10-2m，根據壓強公式，此過程中柱塞受到的氣體推力F1為：

F1=P1×(D/2)2×π=173.1N-259.6N

產品實測開始由正常工作狀態轉換至應急工作狀態冷氣壓強P2=1.20MPa，柱塞受到的氣體推力F2為：

F2=P2×(D/2)2×π=212.0N

P2∈P1,F2∈F1

實測結果表明應急排油活門在正常工作狀態開始改變時彈簧滿足設計要求。

設計要求氣壓升至P3=[1.46,1.96]MPa時產品工作狀態完全由正常工作狀態轉換至應急工作狀態，此過程中柱塞受到的氣體推力F3為：

F3=P3×(D/2)2×π=259.6N-346.2N

P4∈P3,F4∈F3

產品完全由正常工作狀態轉換至應急工作狀態冷氣壓強為P4=1.6MPa，柱塞受到的氣體推力為F4為：

F4=P4×(D/2)2×π=282.6N

P4∈P3,F4∈F3

實測結論說明應急排油活門在正常工作狀態完全轉換成應急狀態時彈簧滿足設計要求。

對產品內部彈簧進行測力檢查，壓縮長度至19mm時力值為206N，壓縮長度至18mm時力值為249.8N。經驗證，彈簧力滿足要求。

2.4 錐體工作狀態分析

如圖2所示，錐體受到未經泄壓的高壓回油沖擊力F壓差、彈簧壓縮的彈力F彈簧、冷氣壓力F氣共同作用。試驗得出應急排油活門起始轉換工作狀態時彈簧力F為212.0N，錐體截面D=2.2×10-2m根據此計算得出錐體開始移動時其左側所受壓強為：

P1=F/S椎體F/[(D/2)2×π]=0.558MPa

因此，當錐體左側所受壓強超過0.558 MPa時，錐體將克服彈簧力起動，如果有高壓流量持續推動錐體往右移動，最終壓緊閥口、關閉活門，從而封閉回油通路。

圖2 錐體受力示意圖

3 故障總結分析

如圖3所示，由于錐體右側連接回油，當產品進油口有高壓油進入時，錐體左側液體在狹窄空間內使壓力得到保持，右側液體從回油口順利排出，錐體左側液體壓力將高于右側，此時錐體將受到向右的液壓力作用，當壓強大于0.558MPa時，錐體將克服彈簧力向右移動。當有持續穩定流量推動時，隨著錐體的移動，錐體與柱塞之間的間隙變大，錐體與接頭之間的間隙變小，使得錐體左側液體壓力增大，左右兩側壓力差進一步增大，最終將錐體緊壓在接頭上，實現錐體與接頭的完全密封。

圖3 異常工作狀態示意圖

錐體在未經泄壓的高壓回油沖擊以及持續流量的推動下，克服彈簧力向接頭移動，最終在液壓作用下與其接頭閥口接觸壓緊并密封，導致無法正常回油，作動筒兩腔均形成高壓態勢，無法正常收放起落架；中斷供壓，消除使錐體與接頭壓緊密封的液壓力，錐體在彈簧力作用下復位，回油暢通，作動筒可正常操縱起落架收放。

4 建議與改進

要解決上述問題，主要有以下三種措施：

(1)對飛行員而言，飛機上收放起落架時，將“開關”置于中立位置，實現作動筒泄壓，即可解決此問題。

(2)對于飛機修理與制造單位，通過控制錐體安裝的鋼球突出量，減小柱塞與錐體之間的間隙在2-2.2mm之間。該措施可以保證“開關”不經過“中立”位置時連續收放起落架多次。

(3)在飛機系統設計方面，將應急排油活門的進油口與回油口調換，改變液體壓力沖擊方向，使其與彈簧力方向一致，錐體受到的液體壓力只會將其壓緊在柱塞上，即使有持續高壓流也不會導致其異常啟動，即可徹底解決上述故障問題。

5 結語

通過對起落架收放過程中遇到的一個液壓系統故障問題的分析，提出了多種改進措施解決了起落架放下速度緩慢的故障，為飛機設計工作提供思路。

[1] 屠毅,肖翔,李楠.大型飛機起落架收放控制系統仿真[J].北京航空航天大學學報,2013,39(5):595-599.

[2] 高昆,楊保生.某型飛機起落架收放作動筒試驗臺的調試與排故[J].液壓氣動與密封,2006,26(3)：326-327.

[3] 任可.PA44-180飛機起落架系統常見故障分析[J].機床與液壓,2012,40(2):130-132.

[4] 陳果.航空器檢測與診斷技術導論[M].北京：中國民航出版社,2007.

[5] 張強,于輝,童明波.某型飛機起落架收放過程仿真[J].流體傳動與控制,2009(2):29-31.

[責任編輯、校對：梁春燕]

Abstract：Based on ideas such as failure positioning,mechanism analysis, and experimental verification,the paper analyzes the reasons for hydraulic system failures of an aircraft encountered in the process of landing through methods like failure mechanism analysis,flow and flow resistance experiment,and theoretical calculation.In the light of the findings of failure analysis,the paper designs the corresponding solutions to eliminate flaws of the aircraft and increase the reliability of the aircraft hydraulic system.

Keywords：hydraulic system;failure elimination;aircraft landing gear

FailureAnalysis&EliminationofHydraulicSystemforAnAircraftLandingGear

RENYi-zhi,LIHua

(Electromechanical Department,State-Run Wuhu Machinery Factory,Wuhu 241007,China)

V226

A

1008-9233(2017)05-0029-03

2017-08-18

任義志(1982-)，男，江蘇連云港人，工程師，主要從事飛機液壓系統故障診斷、分析研究。