某直升機液壓系統原理與典型故障分析

樂淑玲 李蒙江 曹 帥 楊 俊

（航空工業昌河飛機工業（集團）有限責任公司，江西 景德鎮 333000）

0 前言

液壓系統至今依然是科學研究的熱點，隨著科技的不斷革新，該系統得到了長足的發展。液壓傳動技術在1939年開始應用于航空業， 至今已有近80 a的歷史。液壓傳動具有傳動平穩、功率重量比大、體積小、輸出力大和響應快等優點。目前液壓傳動仍然廣泛應用于直升機，成為現代直升機的重要系統，為了實現直升機的預定功能，機上配置了各種不同的系統：操縱系統、液壓系統、燃油系統、動力系統、空調系統、防冰防雨、電源系統和導航系統等，其中液壓系統是關鍵系統之一。該系統的工作情況直接與飛行安全密切相關。近年來，我國的工程機械取得了蓬勃的發展，其中，液壓傳動技術起到了至關重要的作用。而且，隨著液壓傳動技術的快速發展和廣泛應用，它已經成為機械等行業不可缺少的重要技術。飛機的液壓系統在各類機械的液壓系統中是最先進的，技術要求也要高于其他的機械類。所以液壓系統技術的發展對提升飛機的性能起到了重要的作用[1]。

液壓系統發生故障的概率約占全機發生故障總數的40%，在等級嚴重的事故中，約有15%～20%是由液壓系統故障引起的。引起液壓故障的原因可能是多方面的，發生了故障往往不易找出具體原因，所以維修人員對液壓系統故障的預防、判斷和排除的能力非常重要[2]。

該文是在理解液壓系統組成和基本工作原理的基礎上，對日常液壓系統的故障進行定位分析，為后續解決類似問題節省了排故時間，提高了生產效率。

1 系統組成

一套完整的液壓系統由5個部分組成，包括動力元件、執行元件、控制元件、輔助元件和液壓油。動力元件的作用是將原動機的機械能轉換成液體的壓力能，液壓系統中的油泵向整個液壓系統提供動力。執行元件的作用是將液體的壓力能轉換為機械能，驅動負載做直線往復運動或回轉運動。控制元件（即各種液壓閥）在液壓系統中控制和調節液體的壓力、流量和方向。輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、壓力表、油位和油溫計等。液壓油是液壓系統中傳遞能力的工作介質。

直升機液壓系統的主要作用是給操縱系統提供能源，通過3臺主助力器和1臺尾助力器操縱主旋翼和尾旋翼，進而達到直升機的飛行控制和姿態控制的目的。此外，液壓系統還可以實現直升機旋翼剎車、機輪剎車、旋翼折疊、起落架收放和絞車吊放等輔助功能。某型直升機液壓系統主要接口為旋翼驅動、機身結構、顯示和記錄以及旋翼飛行操縱系統，其接口如圖1所示。

圖1 液壓系統接口圖

該文重點介紹了該型直升機液壓系統的系統組件、控制系統和監視系統。

1.1 系統組件

1.1.1 液壓源組件

液壓源組件主要包括油箱、齒輪泵和系統歧管組件（歧管和附件組成，其附件有液壓油濾、二位二通電磁閥、 液壓傳感器和壓力調節閥）。

1.1.2 安全系統組件

3套安全系統組件分別安裝在3套主助力器上，隨主助力器上下運動，每套安全系統組件包括單向閥、蓄壓器及二位二通電磁閥附件。

1.1.3 尾槳載荷補償器

載荷補償器與尾助力器并聯，安裝在尾助力器附近，當液壓系統出現故障時，載荷補償器可以降低腳蹬操縱載荷，該系統包括安全閥、蓄壓器、單向閥和二位二通電磁閥。

1.1.4 地面試驗歧管組件

在發動機不工作時，通過該組件與液壓油車相連，對液壓系統進行檢查或試驗，其中包括支架、歧管以及附件（單向閥、增壓快卸自封閥和吸油快卸自封閥）。

1.2 控制系統

1.2.1 “液壓”開關（液壓切斷開關）

“液壓”開關為二位開關，安裝在正駕駛總距桿上，用于控制安全系統組件的3個二位二通電磁閥來同時釋放安全系統組件中3個蓄壓器的壓力。

“供壓”位：二位二通電磁閥斷電，液壓系統正常供壓。

“斷壓”位：當飛行前檢查，啟動應急程序時，將開關置于“斷壓”位。此時，二位二通電磁閥通電，3個安全歧管中蓄壓器同時卸壓，但是載荷補償器中的蓄壓器仍然起作用。

1.2.2“ 液壓試驗”按鈕

“液壓試驗”按鈕位于中央操縱臺綜顯/系統開關板上。控制系統歧管組件的二位二通電磁閥和載荷補償器上的二位二通電磁閥，用于試驗液壓蓄壓器和釋放載荷補償器的壓力。

按壓“液壓試驗”按鈕，二位二通電磁閥通電，當飛行前檢查，啟動應急程序時，將按鈕按下，打開控制系統歧管組件的電磁閥，釋放液壓系統壓力。它還可以打開控制載荷補償器上的電磁閥，釋放載荷補償器的壓力。此時3個安全歧管中的蓄壓器仍有壓力。

松開“液壓試驗”按鈕，按鈕自動復位，二位二通電磁閥斷電，液壓系統恢復正常供壓。

1.3 監視系統

液壓系統通過告警信號燈面板上的紅色“液壓低”警告燈、發動機參數顯示器和語音報警裝置顯示系統故障。

2 工作原理

2.1 正常工作

發動機工作前，液壓系統無壓力，“液壓低”警告燈亮，發動機參數顯示器上顯示閃爍 “HYDR”，語音警告發出“液壓壓力低”報警。發動機工作時，當旋翼運轉后，主減速器通過皮帶驅動齒輪泵工作，液壓泵從液壓油箱吸油。油液經液壓油濾過濾，壓力調節閥保持系統正常的工作壓力為4 MPa。當壓力達到3.8 MPa時，“液壓低”警告燈滅，發動機參數顯示器告警信息消失，語音報警裝置停止報警。壓力油液分為2路：一路到安全系統組件，并且為主助力器提供液壓能量。另一路經三通接頭又分為2路：其中一路到載荷補償器，另外一路為尾助力器提供液壓能量，如圖2所示。

圖2 正常工作原理圖

2.2 應急工作

液壓油泄漏和泵傳動皮帶損壞等原因，造成了系統壓力降低，當壓力降到2.4 MPa時“液壓低”警告燈亮，發動機參數顯示器上顯示閃爍的“HYDR”，語音報警裝置發出“液壓壓力低”報警，通知駕駛員準備轉入無液壓助力操縱。

此時蓄壓器繼續為主助力器供壓，駕駛員應在蓄壓器壓力完全釋放完之前平穩地減小總距并將空速調整到Vytj（調節速度）。

當直升機空速達到Vytj（調節速度）時，轉為無液壓助力操縱，此時駕駛員須將正駕駛總距桿上的“液壓”開關置于“斷壓”位，接通安全系統組件上的電磁閥，同時釋放安全系統組件中3個蓄壓器的壓力，降低操縱線上的機械載荷，將“液壓”開關置于“斷壓”位后，可將右電氣開關板上的“語音警報器”開關置于“關”位。

3 故障及分析

3.1 故障1：“液壓低”告警

故障現象：地面開車時，“液壓低”警告燈亮，發動機參數顯示器上顯示閃爍的“HYDR”，語音報警裝置發出“液壓壓力低”報警。

根據液壓系統工作原理，當系統液壓壓力低于2.4 MPa時，主減速器上的“液壓壓力開關”接收到信號，再將信號發送到語音告警器，語音告警發出“液壓壓力低”的警告，同時將“液壓低”信號傳輸給告警控制燈盒。

“液壓低”告警的原因可能是液壓系統泄漏、液壓泵驅動皮帶松弛（大于正常范圍102 mm～103 mm），電磁閥故障、液壓泵故障、液壓壓力傳感器故障和液壓壓力電氣線路故障。確定故障原因需要根據現場情況，從易到難，依次排查。具體排故思路如圖3所示。

圖3 排故路線圖

根據排故思路進行以下4點地面檢查：1）檢查液壓油箱的油位，結果為油位正常。2）檢查液壓泵驅動皮帶松弛情況，結果為正常。3）地面檢查周期變距操縱，結果為電磁閥和液壓泵工作正常。4）導通液壓壓力傳感器1、3針腳，結果為處于常通狀態，與技術要求不符。

通過上述檢查，最終故障點定位于液壓壓力傳感器，更換該部件，地面開車檢查故障消失。

3.2 故障2：按壓“液壓試驗”按鈕后，駕駛員感覺操縱桿推向一邊

故障現象：地面開車按壓“液壓試驗”周期變距桿向右倒桿。

該故障的原因可能為蓄壓器壓力不足、電磁閥線路故障、蓄壓器故障和電磁閥故障。排故工作應從簡單到復雜，逐一排除，定位分析。具體排故思路如圖4所示。

圖4 排故路線圖

根據排故思路，進行以下2項工作：1）利用蓄壓器充氣工裝給蓄壓器充氣，地面檢查周期變距操縱情況，結果：故障未消失。2）根據電磁閥線路控制圖，檢查液壓試驗電磁閥（29 C）與右側橫滾液壓電磁閥（27 C）線路，分離插頭（30 C））到2個電磁閥的A針腳均不通，將其線號（CH7K20-30C-J、CHCH2K20-30C-F）與圖紙進行比對，發現兩者線路接反。如圖5所示。

圖5 電磁閥線路圖

通過上述檢查，最終故障點定位于液壓試驗電磁閥與右側橫滾液壓電磁閥線路故障，按圖紙要求恢復相關接線，地面開車檢查正常。

3.3 故障3 ：周期駕駛桿向右推桿載荷明顯

故障現象：開車前連接液壓試驗器，檢查操縱系統正常。地面開車時，做液壓切斷功能檢查，將“液壓”開關置于“斷壓”位后，周期駕駛桿向右推桿載荷明顯。

該故障是因為蓄壓器壓力不足導致電磁閥線路故障和安全系統組件（蓄壓器/電磁閥/單向閥）故障。排故工作應從簡單到復雜，逐一排除，定位分析。具體排故思路如圖6所示。

圖6 排故路線圖

根據故障現象及工作原理，進行以下3項工作：1）利用蓄壓器充氣工裝給蓄壓器充氣，地面檢查周期變距桿操縱情況正常，開車檢查故障未消失。2）根據電磁閥線路控制圖，如圖7所示，將右側橫滾液壓電磁閥（27C）導通到液壓控制開關23C的線路，無異常。3）更換安全系統組件，地面開車檢查，故障消失。

圖7 電磁閥線路圖

在日常維護的過程中，除了提升液壓系統排故水平外，還應注重液壓系統的操作方法和注意事項，只有各方面都做到位，才能從根本上降低液壓系統發生故障的概率。以下為液壓系統的使用操作方法和注意事項。

操作方法包括以下3種：1）拆卸后，應堵住零件以及軟/硬管的孔口，避免污染。小心安放硬管，防止變形。2）裝配前確認裝配面清潔無污物，剪斷并報廢保險絲，報廢密封圈，新裝的密封圈在15號航空液壓油中浸泡至少24 h。3）安裝導管時，用15號航空液壓油潤滑外套螺母的螺紋，用手擰外套螺母直至感覺到導管錐套與接頭的內錐面接觸為止，從這個位置開始，用扳手扳緊約1/6圈。

注意事項包括以下4項：1）為了防止污染液壓系統，工作場所、所有工具及材料都必須保持絕對清潔，以便系統能隨時工作。2）系統零部件在拆卸前須釋放液壓壓力并斷開全機電源。3）系統零部件安裝后進行管路排氣，例如，拆裝液壓泵必須進行盤槳排氣。4）須按維護要求定期更換液壓油濾，更換液壓油。

4 結語

在直升機日常維護中，液壓系統經常會出現故障，嚴重影響了直升機的試飛效率和試飛安全。為了保證在后續的試飛過程中，快速排除故障，及時恢復直升機性能，提高試飛生產效率，保障試飛安全。應充分了解液壓系統的工作原理、系統組成和電氣控制等知識點，并將其應用在實際排故過程中。在日常排故中，應先對故障相關系統的組成及工作原理進行深入分析，理清排故思路，然后根據故障現象判斷故障涉及的線路及成品件，再對具體模塊進行分析，最終定位故障源。有的放矢，避免不必要的拆裝更換，縮短排故周期，提高試飛效率。