空客A320neo吊架區(qū)域液壓管振動(dòng)測(cè)試及改進(jìn)

溫春輝

摘要：自2020年起，國(guó)內(nèi)空客A320neo（LEAP構(gòu)型）機(jī)隊(duì)發(fā)生多起吊架區(qū)域液壓管裂紋導(dǎo)致綠液壓系統(tǒng)低油量警告或黃液壓系統(tǒng)低油量警告故障，對(duì)飛行安全及運(yùn)行產(chǎn)生重大影響。本文通過(guò)振動(dòng)數(shù)據(jù)取樣及試驗(yàn)分析液壓管的工作狀態(tài)，采用液壓管振動(dòng)被動(dòng)控制方式改進(jìn)卡箍設(shè)計(jì)，經(jīng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證，能夠緩解液壓管的上下及周向振動(dòng)。

關(guān)鍵詞：A320neo；液壓管；卡箍；振動(dòng)

Keywords：A320neo；hydraulic pipe；bracket；vibration

1 故障描述

2020年7月，國(guó)內(nèi)某公司一架A320neo飛機(jī)空中出現(xiàn)綠液壓系統(tǒng)低油量警告，起落架收放等系統(tǒng)失效，執(zhí)行“重力放起落架”程序。地面維修人員發(fā)現(xiàn)左發(fā)吊架區(qū)域液壓油滲漏。

2021年3月及6月，國(guó)內(nèi)某公司一架A320neo飛機(jī)空中出現(xiàn)黃液壓系統(tǒng)低油量警告，前輪轉(zhuǎn)彎等系統(tǒng)失效，著陸后使用拖車(chē)將飛機(jī)牽引出跑道。地面維修人員發(fā)現(xiàn)右發(fā)吊架區(qū)域液壓油滲漏。

以上故障均來(lái)源于件號(hào)為D2902083800000的液壓管。飛機(jī)QAR數(shù)據(jù)顯示，液壓系統(tǒng)滲漏從開(kāi)始至低油量狀態(tài)僅持續(xù)約20s，對(duì)安全運(yùn)行影響極大。

2 液壓管基本信息及損傷狀態(tài)

A320neo飛機(jī)液壓系統(tǒng)由綠液壓系統(tǒng)、黃液壓系統(tǒng)和藍(lán)液壓系統(tǒng)組成，其中綠/黃液壓系統(tǒng)為主液壓系統(tǒng)。液壓管位于左發(fā)或右發(fā)吊架A區(qū)域，上游為發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)泵壓力輸出口，是液壓源管路。液壓管件號(hào)為D2902083800000，鈦合金Ti3AL2.5V材料，長(zhǎng)度約140mm，直徑約20mm，承壓能力4150psi，上端使用管套和液壓管壓接成型。

經(jīng)國(guó)內(nèi)某研究院分解檢查，液壓管的裂紋起始于管套包裹區(qū)域內(nèi)的管壁外表面（見(jiàn)圖1）。裂紋周向擴(kuò)展且沿15o方向生長(zhǎng)，當(dāng)生長(zhǎng)超出管套包裹區(qū)域后，沿45o生長(zhǎng)。該裂紋為典型的鈦合金管高周疲勞裂紋，來(lái)源于液壓系統(tǒng)及發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞過(guò)來(lái)的振動(dòng)。

3 液壓管振動(dòng)測(cè)試

為尋找液壓管振動(dòng)來(lái)源，在該液壓管（2號(hào)管，件號(hào)為D2902083800000）連接的三通組件平面上安裝三軸振動(dòng)/陀螺/角度測(cè)量設(shè)備（見(jiàn)圖2），收集不同狀態(tài)下的振動(dòng)數(shù)據(jù)。

液壓系統(tǒng)工作后（EDP打開(kāi)），2號(hào)液壓管的工作狀態(tài)為：傳感器X軸沿著2號(hào)液壓管，X軸陀螺儀滾轉(zhuǎn)角顯示X軸方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)變化18.59o，且X軸向陀螺儀顯示傳感器旋轉(zhuǎn)角速度往返加劇，最高達(dá)到±3o/s，穩(wěn)定后旋角振動(dòng)在±1o/s（見(jiàn)圖3）。

以上現(xiàn)象說(shuō)明，三通組件圍繞著2號(hào)液壓管在順時(shí)針及逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)振動(dòng)，最終產(chǎn)生了順時(shí)針?lè)较蛏系男巫儭?號(hào)液壓管下端固定，上端隨著三通組件也產(chǎn)生了順時(shí)針形變及順/逆往返方向的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)。

傳感器Z軸垂直于2號(hào)液壓管，Z軸陀螺儀滾轉(zhuǎn)角度計(jì)顯示Z軸方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，最大旋轉(zhuǎn)角為1.8o。傳感器Y軸垂直于2號(hào)液壓管，Y軸加速度變化加劇，最大達(dá)到1.2g，且穩(wěn)定后加速度約在0.4g附近振動(dòng)（見(jiàn)圖4）。

以上現(xiàn)象說(shuō)明連接三通組件的2號(hào)液壓管接頭向上形變了1.8o，且形變過(guò)程中承受著上下交變振動(dòng)力。

由以上信息可知，在液壓系統(tǒng)正常工作后，2號(hào)液壓管除需持續(xù)抵抗三通組件的旋轉(zhuǎn)外，還需承受上下交變應(yīng)力，符合該液壓管的高周疲勞損傷產(chǎn)生的裂紋特征（周向裂紋、裂紋擴(kuò)展方向）。

4 液壓管振動(dòng)控制

液壓管路的振動(dòng)控制分為主動(dòng)控制及被動(dòng)控制兩種類型。

主動(dòng)控制通過(guò)主動(dòng)產(chǎn)生相反的振動(dòng)以抵消管路原始振動(dòng)。主動(dòng)控制方式適應(yīng)性強(qiáng)，但系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，精確控制難度大。

被動(dòng)控制通過(guò)改變管路材料、彎曲角度、隔振元件位置及剛度等方式減少振動(dòng)頻率及振幅。被動(dòng)控制無(wú)需新增電氣設(shè)備，成本低，操作簡(jiǎn)單，但效果有限。一般，優(yōu)先選擇被動(dòng)控制方式，從卡箍設(shè)計(jì)優(yōu)化入手進(jìn)行調(diào)整。液壓管卡箍的主要作用為隔振及支撐，設(shè)計(jì)更改方式包括調(diào)整支撐結(jié)構(gòu)、優(yōu)化卡箍的間距、更換卡箍材料等。

A320neo飛機(jī)1號(hào)液壓管配備了1個(gè)件號(hào)為ABS0396H10SH的卡箍，3號(hào)液壓管配備了3個(gè)ABS0396H12SH的卡箍。原始裝機(jī)卡箍使用不銹鋼外包裹硅膠固定管路，彈性形變大。現(xiàn)使用卡箍ABS0396H10ND替代ABS0396H10SH，使用卡箍ABS0396H-12ND替代ABS0396H12SH，將硅膠卡箍改為聚氨酯卡環(huán)支撐管路。

完成卡箍更換后，再次啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，打開(kāi)液壓系統(tǒng)，測(cè)試2號(hào)液壓管的工作狀態(tài)。

傳感器X軸沿著2號(hào)液壓管，X軸陀螺儀滾轉(zhuǎn)角顯示X軸方向順時(shí)針變化7.03o，管路旋轉(zhuǎn)形變幅度降低，且X軸向陀螺儀旋轉(zhuǎn)角速度波峰消除（見(jiàn)圖5）。

以上現(xiàn)象說(shuō)明，更換為聚氨酯卡箍后，2號(hào)液壓管的旋轉(zhuǎn)形變降低，且旋轉(zhuǎn)交變振動(dòng)峰值消除，聚氨酯卡箍能夠緩解2號(hào)液壓管的周向扭力振動(dòng)狀態(tài)。

傳感器Z軸垂直于2號(hào)液壓管，Z軸陀螺儀滾轉(zhuǎn)角度計(jì)顯示Z軸方向依然逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，但旋轉(zhuǎn)角度波峰消除。傳感器Y軸垂直于2號(hào)液壓管且沿著1號(hào)管方向，Y軸加速度峰值0.6g，穩(wěn)定后加速度在0.2g附近振動(dòng)，管路上下振動(dòng)力降低（見(jiàn)圖6）。

以上現(xiàn)象說(shuō)明，連接三通組件的2號(hào)液壓管形變幅度峰值消除，且上下振動(dòng)力降低，能夠緩解液壓管上下受載情況。

綜上所述，以聚氨酯卡箍更換硅膠卡箍，改變了隔振元件的剛度，對(duì)2號(hào)液壓管的上下振動(dòng)及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)有良好的緩解作用。

另外，在更換2號(hào)液壓管時(shí)，發(fā)現(xiàn)1號(hào)液壓管與三通組件之間的標(biāo)記膠未被剪切（代表液壓管的螺母未旋轉(zhuǎn)），但是1號(hào)液壓管與三通組件位置不在一條直線上（見(jiàn)圖7）。鈦合金管硬度強(qiáng)、韌性差，拆裝時(shí)的狀態(tài)同樣說(shuō)明鈦合金液壓管過(guò)載形變后無(wú)法及時(shí)恢復(fù)X軸方向上的旋轉(zhuǎn)。

5 總結(jié)

A320neo吊架區(qū)域液壓管高周疲勞裂紋對(duì)飛行安全產(chǎn)生重大影響。參考以上數(shù)據(jù)及試驗(yàn)，該液壓管長(zhǎng)期處于上下及周向振動(dòng)的工作狀態(tài)。在液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)（如飛控工作、反推工作等）切換時(shí)，2號(hào)液壓管還會(huì)受到更大的上下沖擊和旋轉(zhuǎn)扭力。

在液壓管振動(dòng)控制中，使用被動(dòng)控制方式（更換卡箍材料）的方式，理論上可以緩解液壓管的工作狀態(tài)，延長(zhǎng)液壓管的壽命。但若要長(zhǎng)久解決該問(wèn)題，還需要空客從液壓管的長(zhǎng)度、三通組件的位置、液壓系統(tǒng)的脈動(dòng)控制等方面改進(jìn)。