應(yīng)急活門(mén)對(duì)應(yīng)急放起落架工作的影響研究

付成勇 肖軍雷

1－2石家莊海山實(shí)業(yè)發(fā)展總公司 河北 石家莊 050000

引言

起落架應(yīng)急放系統(tǒng)作為液壓放下起落裝置的備份系統(tǒng)，是航空裝備的重要組成部分。該系統(tǒng)以壓縮氣體作為動(dòng)力源，通過(guò)設(shè)定好的先后順序放下起落架，確保航空裝備安全著陸并滑行。某型裝備在使用過(guò)程中，時(shí)常出現(xiàn)液壓油從應(yīng)急放下起落架活門(mén)排氣口處流出問(wèn)題，調(diào)研其它系列航空裝備也存在類(lèi)似故障。本文通過(guò)對(duì)起落架應(yīng)急放系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)原理分析及故障機(jī)理分析，為改進(jìn)起落架應(yīng)急放系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供改進(jìn)思路。

1 故障現(xiàn)象

據(jù)地勤人員在航空裝備接收時(shí)反饋，在裝備使用過(guò)程中起落架應(yīng)急放系統(tǒng)主要存在兩類(lèi)故障：A系列航空裝備接收后使用一段時(shí)間，在座艙應(yīng)急放下起落架操縱活門(mén)排氣口處有液壓油流出，污染座艙內(nèi)電氣產(chǎn)品；B系列航空裝備接收后使用一段時(shí)間，在起落架應(yīng)急放系統(tǒng)的冷氣協(xié)調(diào)活門(mén)排氣口處有液壓油斷斷續(xù)續(xù)的滴出，對(duì)安裝在前起落架支柱上的機(jī)械部件和電氣部件造成污染。

2 工作原理

起落架應(yīng)急放系統(tǒng)通常由應(yīng)急放起落架開(kāi)關(guān)、應(yīng)急排油活門(mén)、冷氣協(xié)調(diào)活門(mén)、應(yīng)急活門(mén)等組成。正常工作時(shí)，活門(mén)各部件的正常工作位置見(jiàn)圖1，通氣口無(wú)壓力，高壓液壓油從通油口流入，從出口流出至起落架，待起落架放下后系統(tǒng)壓力泄壓。應(yīng)急情況時(shí)，通氣口接通高壓壓力，壓縮氣體從通氣口流入活門(mén)并將活塞推開(kāi)至活門(mén)右側(cè)，關(guān)閉通油口，同時(shí)氣體通過(guò)活門(mén)出口，進(jìn)入起落架收放作動(dòng)筒，放下起落架。查出現(xiàn)串油故障的起落架應(yīng)急放系統(tǒng)均未有應(yīng)急放下起落架經(jīng)歷，故障出現(xiàn)在正常使用后。

圖1 應(yīng)急活門(mén)結(jié)構(gòu)示意圖

3 故障分析

根據(jù)長(zhǎng)期的故障排除經(jīng)驗(yàn)以及產(chǎn)品生產(chǎn)廠家歸零情況，結(jié)合開(kāi)展的研究分析，導(dǎo)致起落架應(yīng)急放系統(tǒng)串油故障的原因主要為以下：

活門(mén)氣體腔和液壓腔通過(guò)活塞組件與殼體之間的線接觸進(jìn)行密封隔離的，高壓液壓油從通油口進(jìn)入應(yīng)急活門(mén)的內(nèi)部，同時(shí)高壓液壓油通過(guò)活塞組件和殼體之間的配合間隙進(jìn)入圓柱形區(qū)域，形成液壓油高壓區(qū)域。泄壓時(shí)，在活塞右側(cè)的液壓油隨系統(tǒng)快速泄壓，而活塞左側(cè)的液壓油由于泄壓通道為一圓環(huán)狀長(zhǎng)縫隙，泄壓通道較長(zhǎng)，使活塞左側(cè)的泄壓時(shí)間較右側(cè)要長(zhǎng)。此時(shí)由于活塞右側(cè)已泄壓，活塞兩側(cè)由于高壓液壓油而存在壓差，考慮到液壓油的壓縮，活塞具備了向右運(yùn)動(dòng)的加速度，使活塞向右移動(dòng)推動(dòng)活門(mén)組件導(dǎo)致密封失效。最終使高壓區(qū)域液壓油與通氣口端聯(lián)通，形成通路，液壓油從中流出。當(dāng)液壓壓力對(duì)活塞產(chǎn)生的壓力小于金屬活門(mén)組件復(fù)位彈簧的作用力時(shí)活塞快速?gòu)?fù)位。隨著工作次數(shù)的累積，殘余液壓油也逐漸累積，最終形成油滴流出。

該應(yīng)急活門(mén)工作壓力21.5 MPa，泄壓時(shí)壓力為0.6 MPa，活塞左側(cè)高壓區(qū)長(zhǎng)度h為4 mm，直徑d為20 mm，活塞長(zhǎng)L為20 mm活塞組件和殼體之間配合間原一般在0.05 m，由此計(jì)算出該區(qū)域的體積V＝3.14×d×h/4＝3.14×20 mm3×4 mm/4＝1256 mm3；高壓液壓油的體積變化量△V＝△P×V/E＝1256×10－9 mm3×(21.5－0.6)MPa/0.7×109Pa≈15.4 mm3。該位置的液壓油的流動(dòng)屬于縫隙流動(dòng)，并遵循以下公式：

其中q為流量，△P為活塞兩端面的壓差，w為活塞的滑動(dòng)速度，μ為動(dòng)力粘度。由于活門(mén)漏油發(fā)生時(shí)間很短，w值較小，可忽略。取μ為0.0120408Pa?s，將參數(shù)帶入其中得：

不計(jì)壓力滲漏時(shí)壓力變化，計(jì)算可知，15.4 mm3的液壓油只需0.003s就可完成壓力釋放，在此期間，由于壓力的作用活塞向右移動(dòng)約0.4 mm。考慮到活門(mén)實(shí)際工作情況，活塞在每次起落架應(yīng)急放系統(tǒng)工作一個(gè)周期后均會(huì)開(kāi)啟活塞左側(cè)的密封環(huán)使得液壓油從密封處漏出。

4 驗(yàn)證

為驗(yàn)證故障機(jī)理，在地面進(jìn)行系統(tǒng)加壓、泄壓試驗(yàn)，選取5架飛機(jī)進(jìn)行5次加壓和泄壓試驗(yàn)，然后分解后檢查泄漏情況。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其中3架串油情況嚴(yán)重，剩余2架情況較輕。進(jìn)一步分析試驗(yàn)件情況發(fā)現(xiàn)，活塞與內(nèi)腔配合間隙越小的進(jìn)行收放轉(zhuǎn)換1次后，在通氣口即可發(fā)現(xiàn)液壓油流出，而配合間隙大的漏油情況反而比前者好。

5 改進(jìn)

綜合分析，在以往的航空裝備起落架應(yīng)急放系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，存在一定的工作原理性缺陷，結(jié)合應(yīng)急活門(mén)的固有特性，通過(guò)優(yōu)化該系統(tǒng)的工作原理能夠從根本上解決串油問(wèn)題。在新型號(hào)航空裝備中，主要進(jìn)行了三個(gè)方面的工作原理優(yōu)化：(1)改變控制方式，由以往的機(jī)械協(xié)調(diào)，改為了電氣控制，増加兩個(gè)氣體控制活門(mén)，取消冷氣協(xié)調(diào)活門(mén)，避免液壓油滴落在前支柱上；(2)將原來(lái)的1個(gè)排油口調(diào)整為三個(gè)排油口，使液壓油能夠及時(shí)排到系統(tǒng)外；(3)配合工作原理調(diào)整，優(yōu)化連接方式。改進(jìn)后的起落裝置應(yīng)急放系統(tǒng)，已在五十多架航空裝備上實(shí)施使用驗(yàn)證，地勤沒(méi)有反饋類(lèi)似問(wèn)題的再發(fā)生。

6 結(jié)束語(yǔ)

起落架應(yīng)急放系統(tǒng)長(zhǎng)期存在的串油故障問(wèn)題，主要是由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)未考慮液壓油在狹小空間內(nèi)的縫隙流動(dòng)問(wèn)題。在進(jìn)行液壓附件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分的考慮產(chǎn)品功能實(shí)現(xiàn)和可能出現(xiàn)的設(shè)計(jì)缺陷，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行充分的理論和實(shí)驗(yàn)論證，避免出現(xiàn)起落架應(yīng)急放系統(tǒng)串油類(lèi)似問(wèn)題。