飛機數字電傳防滑剎車系統污染控制方法研究

劉忠平，亢敏，韓亞國，趙文慶

(中航飛機股份有限公司西安制動分公司，陜西西安 710075)

飛機機輪防滑剎車系統是飛機起落架系統的重要組成部分，是飛機起降安全的重要保障。現代飛機飛行速度快、承載重，剎車速度高，對機輪剎車系統剎車效率提出了更高要求。飛機剎車系統可靠性、安全性與飛機安全息息相關。文中從電傳防滑剎車系統、伺服閥組成和工作原理出發，研究剎車系統工作油液清潔度與伺服閥工作可靠性之間的關系，從飛機液壓剎車系統、液壓附件、剎車系統管路設計、工藝、使用維護方面提出飛機數字電傳防滑剎車系統污染控制方法。

1 現代飛機數字電傳防滑剎車系統簡介

飛機液壓剎車系統由剎車指令傳感器、機輪速度傳感器、數字電傳防滑剎車控制盒、電液壓力伺服閥組件 (含液壓鎖)等組成。圖1為基于MarkⅤ型剎車系統的典型數字電傳防滑剎車系統原理框圖。

剎車指令傳感器是一種基于差動變壓器原理的磁電傳感器，在剎車過程中采集腳蹬行程，輸出與腳蹬行程大小成正比的電壓信號。機輪速度傳感器是一種基于磁電感應原理的磁電傳感器，剎車過程中監控機輪速度，輸出與機輪速度大小成正比的頻率信號。數字電傳防滑剎車控制盒以大規模集成電路DSP為核心，剎車指令傳感器信號、機輪速度傳感器信號和飛機狀態信號輸入數字電傳防滑剎車控制盒，控制盒中以DSP為核心的計算機通過復雜的模型計算，輸出液壓鎖控制信號、伺服閥控制電流信號和剎車系統狀態監控信號。

圖1 典型數字電傳防滑剎車系統

電液壓力伺服閥組件 (含液壓鎖)接收控制盒液壓鎖控制信號和伺服閥驅動電流信號，實現電－液信號轉換和功率放大，按照電液壓力伺服閥預置的壓力－電流曲線和控制器要求調整機輪剎車壓力，完成飛機安全、可靠剎車。

2 電液壓力伺服閥組件 (含液壓鎖)組成及工作原理

電液壓力伺服閥組件 (含液壓鎖)是電液技術的結合體，其中液壓鎖為液壓開關。

2.1 噴嘴擋板式壓力伺服閥組成及原理

圖2為噴嘴擋板式壓力伺服閥的原理圖。它主要由力矩馬達、噴嘴擋板式液壓放大器、滑閥式功率級及反饋桿組件組成。

圖2 噴嘴擋板式壓力伺服閥的原理圖

控制電流信號輸入力矩馬達線圈時在銜鐵兩端產生磁場力，這個磁場力使銜鐵擋板組件偏轉。擋板偏轉將一側噴嘴擋板可變節流口減小，液流阻力增大，噴嘴的背壓升高;另一側的可變節流口增大，液流阻力減小，噴嘴的背壓降低。得到與擋板位置變化相對應的噴嘴背壓，此背壓加到與噴嘴腔相通的閥芯端部，推動閥芯移動。閥芯推動反饋桿端部小球，產生反饋力矩作用在銜鐵擋板組件上。當反饋力矩與電磁力矩相等時，反饋桿力矩等于輸入電流產生的電磁力矩，銜鐵擋板組件被逐漸移到對中位置，閥芯就停于該位置。閥芯位置與輸入控制電流大小呈正比。當供油壓力和負載一定時輸出壓力與閥芯位置 (控制電流)呈正比。

2.2 射流管式伺服閥組成及工作原理

圖3為射流管式伺服閥的原理圖。力矩馬達采用永磁結構，彈簧管支承著銜鐵射流管組件，使馬達和液壓部分分開，前置級為射流放大器，它由射流管與接收器組成。

控制電流信號輸入力矩馬達線圈在銜鐵兩端產生控制磁場，控制磁場與永磁磁場相互作用，在銜鐵上產生力矩，使銜鐵、彈簧管、噴嘴組件偏轉一個正比于力矩的小角度。經噴嘴高速射流的偏轉，使得接收器一腔壓力升高，另一腔壓力降低，使連接接收器兩腔的閥芯兩端形成壓差，閥芯移動到反饋組件力矩與馬達組件力矩平衡，噴嘴又回到兩接收器中間位置。當供油壓力和負載一定時，輸出壓力與閥芯位置(控制電流)成正比。

圖3 射流管式伺服閥的原理圖

2.3 飛機數字電傳防滑剎車系統壓力伺服閥設計要求

從電液壓力伺服閥組成及工作原理可得出，電液壓力伺服閥抗工作液污染能力由閥體內最小尺寸決定，要使電液伺服閥輸出壓力與控制電流呈線性關系，伺服閥力矩馬達必須設計較小的節流孔孔徑和較小的噴嘴－擋板間隙。圖4給出了射流管式伺服閥和噴嘴擋板式伺服閥力矩馬達內部的實際尺寸，伺服閥抗油液污染能力一般由閥體內最小尺寸決定，對于先導級型的伺服閥，其先導部分油路的最小尺寸成為決定性因素。

圖4 射流管式伺服閥和噴嘴擋板式伺服閥力矩馬達內部的實際尺寸

射流管式伺服閥最小尺寸在液壓放大器噴嘴處，尺寸在0.2～0.4 mm之間;噴嘴擋板式伺服閥最小尺寸是噴嘴與擋板之間的間隙，尺寸在0.03～0.05 mm之間。射流管式伺服閥最小尺寸是噴嘴擋板式伺服閥最小尺寸的5～10倍，理論分析射流管式伺服閥比噴嘴擋板式伺服閥的抗污染能力高一個數量級，能避免污染顆粒在小尺寸處聚集，防止伺服閥堵塞、卡死，使伺服閥對剎車系統油液要求大幅降低。

某公司通過調整伺服閥技術指標和剎車系統可靠性增長試驗方法，改進噴嘴擋板式伺服閥內部結構，增大內部節流孔或間隙尺寸，提高伺服閥抗污染能力，通過改變伺服閥工作原理進一步提高剎車系統可靠性和安全性。

3 飛機數字電傳防滑剎車系統中液壓系統污染度控制要求

飛機數字電傳防滑剎車系統中液壓系統污染度控制包括液壓附件污染度控制、剎車裝置污染度控制、液壓管路污染度控制和使用維護中污染度控制等內容，只有這幾個方面共同控制，才能保證飛機數字電傳防滑剎車系統中的液壓系統正常、可靠地工作。

3.1 飛機數字電傳防滑剎車系統液壓附件污染度控制要求

為防止剎車系統液壓附件污染飛機液壓系統，要求剎車系統液壓附件包括梭形活門、電液壓力伺服閥、減壓剎車活門等在裝配、試驗、出廠交付和裝機過程中必須嚴格控制油液污染度，剎車附件產品灌封的油液必須通過污染度控制，保證油液污染度水平優于GJB420B 6級。

3.2 飛機數字電傳防滑剎車系統剎車裝置污染度控制要求

剎車裝置是剎車系統的執行部件，剎車裝置的氣缸座部分污染度控制水平應優于GJB420B 6級。

使用實踐證明:長期服役的剎車系統中伺服閥力矩馬達噴嘴擋板處存有大量油液高溫化學變化的堆積物，能夠堵塞伺服閥力矩馬達的截流孔和噴嘴擋板間的間隙，造成伺服閥輸出壓力－電流曲線變化，使剎車系統最大剎車壓力降低、剎車系統留有余壓，甚至造成剎車系統功能喪失。

GJB1184A《航空機輪和剎車裝置通用規范》要求剎車機輪設計中除中止起飛外，飛機剎車后活塞腔內的液壓油和密封圈的溫度不大于150℃。剎車裝置設計中通過機輪熱庫重量設計，通過應用熱防護技術、冷卻技術控制相關部位溫度，使油液和機輪氣缸座的非金屬零件使用溫度不超過其使用邊界，使剎車機輪氣缸座內的部件和油液盡可能少地發生化學變化和物理變化。

剎車裝置在裝配、試驗、出廠交付過程中使用的機輪剎車裝置試驗臺必須進行油液污染度控制，保證產品潔凈。若機輪剎車裝置試驗臺油液污染度無法控制，剎車裝置交付前通過油液過濾機過濾，保證機輪剎車裝置污染度控制水平優于GJB420B 6級。同時剎車裝置灌封油液必須通過污染度控制，保證油液污染度水平優于GJB420B 6級。

3.3 飛機數字電傳防滑剎車系統液壓管路污染度控制要求

GJB2879A《飛機機輪防滑剎車控制系統通用規范》要求飛機液壓系統應設計過濾器，且電液壓力伺服閥進油口上游過濾器的絕對過濾度必須優于電液壓力伺服閥自含過濾器的絕對過濾度。飛機數字電傳防滑剎車系統“進油通道”指液壓系統進油口到伺服閥進油口之間、液壓系統進油口到減壓閥進油口之間。“進油通道”入口一般選用絕對過濾精度為5～10 μm專用過濾器，使進入伺服閥的油液能滿足飛機剎車系統安全性和可靠性要求。

飛機剎車系統“剎車通道”和“回油通道”不裝過濾器，因為過濾器一旦被污染，防滑剎車系統失效，可能造成飛機安全事故。

3.4 飛機數字電傳防滑剎車系統剎車使用維護中污染度控制要求

“剎車通道”指伺服閥剎車口或減壓閥剎車口到剎車機輪氣缸座間的部分，安裝在飛機起落架或機艙內;“回油通道”指伺服閥回油口或減壓閥回油口到剎車機輪氣缸座間的部分，安裝在飛機起落架或機艙內。

為了研究飛機剎車系統機輪氣缸座內污染物與剎車系統污染之間的關系，在“鐵鳥試驗臺”進行剎車系統和剎車機輪 (含剎車裝置)使用狀態模擬試驗，在機輪氣缸座內加入污染標志物，隨著剎車系統工作時間和工作次數增加，伺服閥內部和伺服閥進油口出現了大量氣缸座內的污染標志物，且剎車系統工作時間越長、工作次數越多，污染程度越明顯。伺服閥的使用壽命和可靠性與工作液污染度密切相關，工作液不清潔，輕則縮短伺服閥壽命，重則剎車系統失效。所以剎車系統油液污染度控制非常關鍵。

3.4.1 數字防滑剎車系統液壓管路清洗要求

剎車系統液壓管路清洗過程嚴格按照工藝要求:(1)管路預安裝; (2)管路預安裝后拆卸、酸洗、磷化; (3)管路組裝后剎車系統全部液壓附件用工藝閥和沖洗板代替，增加工藝管路，接入換向閥，形成液流回路，保證剎車系統管路能夠完全清洗;(4)清洗剎車系統管路時可外接油液清洗車。按以上順序對管路清洗后再安裝機載成品，組成合格的飛機剎車系統。

3.4.2 數字防滑剎車系統液壓管路安裝要求

剎車系統液壓附件、機輪剎車裝置和管路安裝要求:(1)剎車系統液壓附件安裝的工作環境應保持清潔、安裝面無污染附著; (2)所有產品管接頭的密封部位嚴禁使用麻線、膠粘劑、密封帶、螺紋密封膠等物質進行管路和連接處密封。

3.4.3 數字防滑剎車系統油液使用要求

若油箱中注入10%以上新油，用沖洗板代替伺服閥，啟動油源，按照油液清洗要求清洗24 h以上更換濾油器，卸下沖洗板，換上伺服閥。一般情況長時間連續使用的液壓油比較干凈，在實際工作中盡量減少無謂的加油次數，避免系統污染。通過5～10 μm過濾器向油箱注入新油，并按加油程序對系統污染度進行控制。

3.4.4 數字防滑剎車系統壽命期內污染度控制

數字防滑剎車系統壽命期內必須對油液和機載設備中的污染物進行控制，通過維護使剎車系統油液污染度始終優于GJB420B 8級。

(1)剎車系統壽命期內油液污染控制。打開機輪剎車裝置氣缸座放氣嘴，剎車系統通電，輕踩剎車腳蹬輸出2～3 MPa剎車壓力，機輪剎車裝置氣缸座放油嘴處不斷排出液壓油，一方面排出油液中氣體，另一方面排出氣缸座盲腔中的油污，達到凈化油液的目的。

(2)剎車系統油液檢查、污染度控制。在機輪剎車裝置放氣嘴處放油、取油，進行油液污染度控制。最早某機剎車系統油液檢查控制周期是50個起落;隨著維護經驗積累，油液檢查控制周期放寬到100個起落;隨著伺服閥產品抗污染措施采用和剎車系統日常維護水平的提高，油液檢查控制周期已放寬到200個起落，既保證飛機剎車系統正常，又減輕了地勤工作壓力，大幅度提高飛機出勤率。

4 小結

從剎車系統污染綜合治理角度出發，提出了一些飛機剎車系統油液污染控制的方法和途徑，避免飛機剎車系統在使用中由于污染問題導致著陸過程中出現空中帶壓、剎車失效等現象，真正解決了剎車系統正常工作中的“污染”問題。

［1］何永樂.飛機剎車系統設計［M］.西安:西北工業大學出版社，2007.

［2］田源道.電液伺服閥技術［M］.北京:航空工業出版社，2008.

［3］黃增，方群，王學.射流管式電液伺服閥與噴嘴擋板式電液伺服閥比較［J］.機床與液壓，2009，37(10):6 －9.

［4］王學星.電液伺服閥的使用［J］.機床與液壓，2009，37(10):27－34.

［5］GJB2879A-2008飛機機輪防滑剎車控制系統通用規范［S］.北京:總裝備部軍標出版發行部，2008.

［6］GJB1184A-2010航空機輪和剎車裝置通用規范［S］.北京:總裝備部軍標出版發行部，2010.

［7］GJB420B-2006航空工作液固體污染度分級［S］.北京:國防科工委軍標出版社發行部，2006.