民用飛機液壓能源系統故障模擬試飛實現方法

韓定邦　周昌明

【摘 要】液壓系統故障試飛是民用飛機適航驗證的重要科目，本文介紹了一種在飛機上模擬液壓系統故障的裝置及其實現方法，并對試飛風險進行簡要分析。

【關鍵詞】民用飛機；液壓系統；故障模擬；試飛

0 引言

現代民用飛機液壓系統是典型的多余度、大功率的復雜綜合系統，為保證的可靠工作，大都采用多余度設計，有2套或3套甚至更多套獨立的系統，并且系統間可以相互進行能源轉換，以保證飛機液壓系統的可靠工作。而且大多飛機設計有輔助系統，以保證在應急情況下一些主要操作系統可以工作，保證飛機安全落地。

根據民航適航標準規定，對于飛機系統可能存在的失效情況，必須通過分析，必要時通過適當的地面、飛行或模擬器試驗來表明發生任何妨礙飛機繼續安全飛行與著陸的失效狀態的概率極不可能。

對于液壓系統，需通過分析和試驗表明，在所有可能發生的故障狀態下，影響飛機安全飛行的概率極不可能。液壓系統故障試飛需要模擬可能發生的故障狀態，本文介紹了一種基于飛機和液壓用戶安全性要求的、用于液壓系統故障試飛的發動機驅動泵（EDP）故障模擬閥設計。

1 條款分析

CCAR 25.1309（c）（d）、CCAR25.1435c（2）條款要求液壓系統進行失效條件下模擬試驗，驗證液壓系統的安全性。CCAR25.671（d）條款要求飛機在所有發動機失效的情況下是可控的。因此，需要對可能發生液壓系統故障情況進行試飛驗證。

2 液壓系統的原理及方案

1#系統的壓力由一臺左發動機驅動泵及一臺與其并聯作備用的交流電動泵產生。

2#系統的壓力由一臺右發動機驅動泵及一臺與其并聯作備用的交流電動泵產生。

3#系統正常工作及應急工作時均只使用一臺電動泵，另一臺作備用，這兩臺電動泵可互為備用。當出現雙發失效時候，3#系統電動泵改由沖壓空氣渦輪（RAT）供電。此時，先接通主電動泵的卸荷閥，在RAT啟動正常供電后，卸荷閥關閉，主電動泵啟動供壓。RAT啟動期間對液壓源的需求由3#系統蓄壓器提供。

在1#與2#液壓能源系統之間設置一個1#系統向2#系統進行壓力轉換的單向能源轉換裝置。該裝置主要用于起飛著陸階段收放起落架時增大2#系統流量用。

3 故障模擬方法

3.1 發動驅動泵故障模擬的原理

故障模擬裝置的連接和工作原理如圖1所示。

在EDP供壓管路上加裝二位三通轉換閥，在常開位置接通EDP和壓力油濾管路。使故障模擬裝置在斷電狀態下保持系統正常工作；在駕駛艙加裝控制開關，當該開關合上供電時，二位電磁閥轉換，EDP供油管路斷開——EDP斜盤自動轉到0度——EDP的油量輸出為零。此時，由于壓力管路關閉，將沒有液壓油（壓力、流量）提供給系統及用戶，該狀態模擬了EDP故障的狀態。當關閉控制開關，二位三通轉換閥回到常開位置，EDP向系統的管路接通，供油供壓恢復。

由于恢復供壓的時候油泵的流量輸出為零，同時液壓蓄壓器的壓力已經降低到1800Psi，系統壓力低于1800Psi，EDP恢復供壓時候需要將對系統和蓄壓器逐步充壓。因此油路的突然開啟不會產生對系統的壓力沖擊。使用故障模擬裝置的時為避免大流量的沖擊，需要飛機在平飛狀態下保持飛機最小操作，保持系統最小供油的情況下啟動轉換閥。

3.2 系統故障模擬的原理

電動泵（ACMP）故障模擬則直接使用ACMP駕駛艙控制開關，將其置于OFF即可實現ACMP的故障模擬。

同時關閉ACMP和啟動EDP故障模擬裝置及實現單套液壓系統故障模擬。同時模擬兩套液壓系統故障即可實現兩套液壓系統組合故障模擬。

3.3 用電量分析

在故障改裝中需要加裝的兩個二位三通轉換閥，單個閥在30VDC時的最大電流為0.75A，兩個閥總的最大電流需求為1.5A。機上重要匯流條的備用能力足夠。但是考慮最大可能減少電路改裝對飛機安全的影響，故擬在進行該項改裝時使用單獨配置的電源。

3.4 重量重心變化分析

故障改裝加裝的兩個二位三通轉換閥，單個重量為1.9LBS，兩個閥總重為3.8LBS。兩套支架、管路的重量不超過2kg。該部分重量集中在后設備艙中部左、右側；加裝的電路由后設備艙中部到駕駛艙中控臺，電路的限制電流為5A，按兩套系統總重量約為12kg。該重量均勻分布。電路和油路改裝的重量對飛機重量重心的影響極小。

4 試飛風險分析

4.1 油泵性能風險

飛機使用的發動機驅動泵為定壓變量泵（現代民用飛機液壓泵均采用的是定壓變量泵）。該泵在巡航轉速時保持3000±100Psi的輸出壓力的同時根據用戶的需求改變所提供的輸出油量，發動機驅動泵的輸出流量為0～21GPM。即該泵保持3000Psi壓力的同時可以不輸出液壓流量。

定壓變量泵在飛機上使用的時候，地面狀態下，沒有用戶動作，其流量輸出僅用于液壓用戶伺服閥的靜態流量，如3#系統的靜態流量不大于4500CCPM。1#2#系統的靜態流量不大于5400CCPM。在空中穩定飛行的時候，飛控用戶處于一個穩定狀態，由于動作最小，用戶流量需求不大。根據EDP設計規范，當流量增加或減少的時候油泵將在0.05s的時間內做出響應。因此，當使用故障模擬裝置切斷油泵供油的時，油泵將在0.05s內停止對用戶供油；在關閉故障模擬裝置時，油泵將在0.05s內開始恢復對用戶供油。

泵超壓主要是由于調壓裝置節流孔堵塞導致。該（下轉第24頁）（上接第13頁）液壓泵發生斜盤卡死導致大流量故障的概率為2.86*10-7，故障發生的概率較小。根據FMEA分析，發生EDP斜盤角不能調至0度的故障（超壓故障）的危害等級為IV級。

EDP出口管路上設置有壓力測點，用于監測EDP出口壓力的狀態。當EDP出現故障時，可以及時通報飛行員采取措施進行處置。使得超壓故障可知可控。

4.2 系統性能風險

在液壓系統中布置有液壓蓄壓器，其作用之一是吸收系統（含油泵）的壓力和流量沖擊。當油泵在系統無壓啟動的時候，油泵的流量將立即調成較大狀態，并用于系統和蓄壓器的充壓，完成充壓后，油泵的流量輸出將會調成最小狀態；當油泵在系統有壓啟動的時候，油泵只需要極小的流量即可達到正常的工作壓力，然后油泵將以最小狀態進行工作。在液壓地面模擬試驗臺上已經完成了液壓油泵（EDP和ACMP）在增壓和非增壓下啟動的試驗，試驗表明系統在增壓狀態和非增壓狀態啟動油泵工作均正常。

由于1#、2#液壓系統還有ACMP作為備用泵，保證在EDP不能恢復的情況下，該套系統也不會完全失效，給飛機帶來的風險將不大于功能危險性分析（FHA）中規定的單套液壓系統故障的風險。根據液壓系統功能危險性分析，單套液壓系統失效帶來的飛機風險為IV類，1#、2#液壓系統同時故障的風險為III類。

該飛機液壓系統的設計壓力為3000Psi，耐壓為4500Psi，爆破壓力為9000Psi，正常工作時的泄荷閥開啟壓力為3700Psi，在發現油泵超壓后還有適當的反應時間。

上述分析表明，該故障模擬油路為常規的控制油路，在液壓系統中大量使用，沒有原理性風險。

4.3 操作風險

1#、2#液壓系統的故障模擬裝置分別設置，可以保證出現兩臺EDP同時誤操作或者故障的風險最低。

系統使用的是斷電（常開）即正常的設置，在緊急的情況下可以拔掉斷路器。因而電路原理的風險最低。

故障模擬裝置由飛行員控制，可以保證飛行員能第一時間處置突發問題，操作風險最低。

4.4 綜合試驗風險

使用EDP故障模擬裝置模擬EDP故障時，飛機風險低于IV類（較小的：失效狀態不會明顯的降低飛機安全，機組的操作仍在其能力范圍內）。

使用EDP故障模擬裝置模擬EDP故障，并使用ACMP控制開關同時關閉ACMP模擬單套液壓系統故障時，飛機風險為IV類。

使用故障模擬裝置模擬1#2#系統故障帶來的風險最高為III類（較大的：失效狀態會降低飛機的能力或機組處理不利操作的能力，包括明顯的降低安全裕度或功能能力，輕微的增加機組工作負擔，或個別乘客或客艙機組身體略有不適）。

由于進行故障模擬的時候飛行員預先知道，同時還準備處置預案，可以使飛機迅速恢復到正常狀態或者恢復到安全狀態，因此無論是EDP故障模擬，還是進行1#2#系統組合故障模擬，對于飛機來說都是可控的，安全的。

5 結論

本文介紹了一種液壓系統試飛中故障模擬的實現方法，在試飛改裝和試飛程序設計中，兼顧充分驗證條款和保證試飛安全要求，采用了基于故障模擬閥和駕駛艙顯示、控制的液壓系統EDP故障模擬方法，全面考慮了液壓系統失效對用戶的影響，圓滿完成了液壓系統故障試飛。

【參考文獻】

[1]CCAR-25R4 中國民用航空規章第25部——運輸類飛機適航標準[S].

[責任編輯：楊玉潔]