民用客機液壓能源系統的發展趨勢

陳才

【摘 要】本文對民用飛機液壓能源系統的發展趨勢進行了總結概述。

【關鍵詞】民用客機；液壓能源系統；發展趨勢

0 前言

液壓傳動具有運行平穩、穩定性高、響應快、功率體積比大等優良特性，在民用飛機領域應用非常廣泛，扮演著非常重要的角色。

隨著多電技術、信息技術、自動控制等相關領域的發展，液壓能源系統及液壓子系統（如飛控系統、起落架系統、剎車系統）本身的技術進步，使得民用飛機液壓能源系統也在發生變革，輕量化、智能化、高維護性、高可靠性是民用客機液壓能源系統發展的最主要驅動力，高壓化、應用多電技術等是主要的發展趨勢。

1 高壓化

高壓化體現在采用5000Psi的壓力等級。A380、A350、787飛機成功采用了5000psi液壓系統，其主要的目的在于飛機減重和提高系統的維護性。

根據《Airplane Actuation Trade study》研究資料顯示，如下圖1所示。圖1中橫坐標為系統壓力，縱坐標為>3000Psi壓力時系統重量與3000Psi系統重量的對比。由圖可知，隨著壓力體制的提高，系統重量減輕，5000Psi系統重量約為3000Psi系統的81%，重量減少了19%，重量包括了液壓能源系統、管路、液壓接頭、飛控作動器、起落架作動器、艙門作動器等所有與液壓源相關的設備，并包含了液壓油的重量。

同時，ARP4752《（R）Aerospace-Design and Installation of Commercial Transport Aircraft Hydraulic Systems》中明確說明，相對于3000psi液壓系統，更高壓力等級的壓力體制將會減少系統重量和安裝空間，安裝空間的減少意味著航空公司維修方便，維修性提高。

2 應用多電技術

隨著多電技術在民用航空領域的廣泛發展，在傳統液壓能源系統上也有了全新的應用，最主要的體現在電作動器和局部液壓包的應用上，雖然其最終做動部分仍然是液壓驅動，但是在能源的輸入以及液壓設備架構上產生了巨大的變化。應用多電技術主要體現在下列兩個方向。

2.1 電作動器

主要體現在飛控系統作動器上，傳統的作動器為電液壓伺服作動器（EHSA），通過純液壓能源系統進行液壓驅動。而現代民用飛機上采用了電作動器EHA/EBHA，EHA內部機理為液壓作動，但是需要電源驅動；EBHA內部機理為液壓作動，正常工作時候采用液壓能源系統的液壓源為動力源，在非正常情況下采用電源做動動力源。A350和A380上采用了電作動器EHA/EBHA，787飛機上電作動器采用了EMA。

2.2 局部液壓包

傳統液壓系統采用三套液壓子系統，液壓管路遍布飛機全身。采用局部液壓包，可以形成局部液壓系統，局部液壓系統控制局部區域的作動器，這樣減少了管路的布置。局部液壓包有電機、液壓泵、油濾、油箱、單向閥等主要設備構成，以電源為輸入，包括了典型液壓系統的元件。A380飛機采用了局部液壓系統，在機翼起落架剎車、前輪轉彎、以及機身起落架剎車三處采用了局部液壓包。

3 泵源控制方式

液壓能源系統最主要的故障是液壓油泄漏。液壓系統是一個清潔度要求非常高的系統，對密封性的要求極高，但是由于液壓系統作動器的作動行為以及全機上千根導管的連接，導致泄漏是液壓系統的最主要的失效模式。尤其是大泄漏會對液壓系統的發動機驅動泵（EDP）產生巨大的影響，從而導致EDP內部泵的干磨，一旦EDP被干磨，航空公司將會對液壓系統進行清洗，影響飛機的派遣率。目前主流飛機的EDP采用的是使用Block Valve的形式，通過阻斷EDP出口的壓力管路從而保護EDP，而實際情況是，由于EDP一直隨著發動機在旋轉，且EDP內部仍然存在壓力，依然能夠通過殼體回油管路排除液壓油，導致系統溫度升高、干磨問題不能完全解決等問題。目前從A350和A380的經驗來看，在系統失效的情況下，為了保護系統，完全將EDP與發動機齒輪箱隔斷，從而保證EDP不會干磨，進而不影響到整個系統。EDP與發動機齒輪箱隔斷這種模式的設備復雜，造價昂貴，但是液壓系統泵源控制的一種方向。

4 系統軟件進駐IMA

由于IMA技術的成熟，以及IMA獨特的減輕飛機重量、減少資源的重復配置、強的容錯能力和檢測能力、高可靠性等技術優勢，使得IMA越來越受到重視，而A350和787飛機的液壓能源系統控制單元全部進駐IMA。液壓能源系統只需要提供軟件，而不需要任何的電子硬件。

液壓能源系統由于其自身的控制特點，比如沒有響應時間的特殊要求、控制相對容易簡單，從而具備進入IMA的優先條件，從而進駐IMA系統也成為了發展趨勢。

5 健康管理系統

健康管理是一種在線診斷系統，即飛機在整個飛行過程系統的重要零部件進行監控，并實施預警，在設備或者系統失效之前，提示航空公司地面機務人員對零部件進行更換或者維修。

目前的健康管理技術主要通過數據采集、故障預測模塊、狀態評估/對比模塊、故障預警來實現。通過對重要參數進行及時監控并與經驗數據以及失效狀態數據進行對比，掌握系統元件的工作狀態，及時了解飛機性能衰減的變化規律，監測在系統元件發生故障或將要發生故障時提供警告信號或提供維修提示，從而預測典型系統及其關鍵部件的故障發生時間。

對液壓系統而言，最主要的設備就是泵，針對泵的研究，目前液壓系統泵源主要供應商Parker公司和Eaton公司對液壓泵狀態監控系統均開展了相應的研究。

健康管理系統的應用將最終提高飛機的應用率，降低飛機運營和服務成本。

6 總結

以上幾個方面是目前民用飛機液壓能源系統的主要發展方向，把握其發展方向就把握住了系統的先進設計理念和前沿發展技術，對民用飛機的設計研發具有重要參考意義。

【參考文獻】

[1]劉衛國，宋受俊，駱光照，王康，王錚.液壓能源集成技術研究概況及發展趨勢[J].微機電，2012，3.

[責任編輯：田吉捷]