A380飛機液壓源系統的研究與啟示

程海龍

【摘 要】通過研究先進的A380飛機液壓源系統，探明未來民用飛機液壓源系統先進技術和發展趨勢，為我國民用飛機液壓源系統的研制提供啟示。

【關鍵詞】A380；民用飛機；液壓源系統

0 引言

飛機液壓源系統用于為飛機上液壓驅動的活動部位提供液壓動力，主要用于飛機起落架系統、飛行控制系統、艙門、發動機反推等的操縱，對飛行安全起著重要的作用。飛機上一般布置相互獨立的、能夠連續工作的左右兩套液壓源系統，其管路布置也需要相互隔離，以提高總體系統的可靠性和飛行的安全性。作為先進民用飛機的代表，A380飛機的液壓系統設計折射出現代飛機液壓源系統的先進技術和發展趨勢。

1 系統概述

A380飛機液壓源系統包括兩套由八臺發動機驅動的液壓泵（EDP）和四個帶電控和保護系統的5000psi（磅/ 平方英寸）交流電動泵的主液壓系統，以及由電動液壓作動筒和備用電動液壓作動筒組成的備份系統。主液壓系統分別為綠色液壓系統和黃色液壓系統，各套液壓回路同時工作，并且回路之間沒有油液轉換。A380飛機液壓用戶包括飛控系統、起落架系統以及貨艙門系統等。綠色液壓系統架構如圖1所示，其中Reservior為系統油箱，ENG PMPS為發動機驅動液壓泵，ELEC PMPS為電動機驅動液壓泵，FIRE SHUT-OFF VALVE為油箱防火切斷閥，HSMU為系統監測單元。

2 先進技術

2.1 余度技術

隨著現代飛機性能的不斷提高，其對液壓系統的安全性和可靠性提出了更高的要求。提高液壓系統及其附件的安全性和可靠性成為現代先進民用飛機液壓系統研究的重要方向。通過采用余度設計能夠很好地達到提高系統的可靠性的目標。

為了保證飛機的安全和可靠，現代飛機液壓系統普遍采用了余度設計，具有多個獨立的液壓源系統。如波音737飛機、空客A320飛機都是采用了三套獨立的液壓源系統，而波音747飛機則采用了四套獨立的液壓源系統。對于三余度的液壓源系統，當一套系統發生故障后，另兩套系統能夠正常工作，保障飛機的正常飛行；如果兩套液壓系統發生故障，第三套系統仍能夠保證飛機安全降落。

A380飛機采用了綠黃兩套液壓油路，“二液壓+二電”（“2H+2E”）的系統架構，包括兩套主液壓源、兩套備份液壓源以及輔助液壓源。主液壓源由發動機驅動泵提供正常工作的5000PSI壓力，其中每個發動機帶兩個發動機驅動泵，每路液壓系統由四個發動機驅動泵組成，其用戶包括主飛控作動、次級飛控作動、起落架系統以及剎車轉彎系統等。備用液壓源是利用電能驅動局部電液壓系統，為飛控系統、起落架系統提供液壓源。輔助液壓源用于在地面狀態，發動機停車的情況下，為貨艙門系統提供作動液壓源。分布系統設計和多余度的液壓系統構架為飛機的飛行安全和可靠提供了保障。

2.2 高壓技術

傳統的民用航空飛機如A320飛機以及B737飛機都是采用3000PSI的液壓壓力為全機液壓用戶供壓，A380飛機則采用了5000PSI的高壓。國外研究的成果顯示，提高飛機液壓系統的工作壓力能夠顯著地減輕飛機液壓系統的重量，縮小液壓系統元器件及管路的體積。相對于當今民用飛機普遍使用的3000PSI液壓系統，采用5000PSI液壓系統的A380飛機減輕了一噸的重量。高壓系統的構建原理與傳統系統的相似，只是把大量的工作放到更小的工作包之中，只需要較少的液壓油和閥門。

A380飛機從增加系統功率、減輕系統重量，提高系統效率角度，采用了5000PSI的高壓，為其后的大型民機液壓系統壓力設計提供了參考。

2.3 機電一體化技術

在A380飛機液壓系統的架構中，我們知道其兩路液壓油路采用了兩套電動機驅動泵供壓的主液壓源以及兩套電驅動液壓裝置的備用液壓源，即采用兩液兩電的混合作動系統。作為備份液壓源，分別采用了電靜液作動器（EHA）、電備份靜液作動器（EBHA）以及局部電液壓系統（LEHGS）等先進的機電設備和技術。

（a）電靜液作動器

電靜液作動器是功率電傳技術的體現。作為先進的多電飛機，功率電傳（PWB）技術在A380飛機上得到了全面的應用。功率電傳是指由飛機次級能源系統至作動系統各執行機構之間的功率傳輸是通過電導線以電能量傳輸的方式完成的。

電動靜液作動系統由控制器、電動機及其所驅動的液壓泵、液壓作動器組件、高壓液壓油箱組成。其中控制器包括數字控制和電機控制兩個部分，數字控制部分起著伺服控制的作用，實現回路閉合、系統監控和余度管理等功能；并與飛行控制計算機和數據鏈接口，接受飛行控制計算機發出的電動機驅動指令和把數據發送給飛行控制計算機進行診斷。電機控制部分則響應來自數字控制部分的指令，對電機實施脈寬調制，把電力加到電機上以驅動液壓泵。系統中的電機驅動一個液壓泵，把油液從其自身的小油箱中輸出，從而驅動副翼，它的液壓系統與中央液壓系統相對獨立。A380的主飛控作動就是采用的電靜液作動器，作為發動機驅動泵的備份液壓源。

（b）電備份靜液作動器

電備份靜液作動器比電靜液作動器增加了液壓系統接口，保持了常規液壓系統工作的兼容性。其接收來自相關液壓通道和電通道的輸入，可有兩種工作模式：

正常模式：在正常模式，作動器接受相關綠色或黃色系統的壓力，伺服閥按照電傳計算機指令調節輸入作動器的供壓；

備用模式：在備用模式，作動器工作如同電靜液作動器，接受來自飛機上交流電氣系統的電功率，電傳計算機將指令輸入作動器控制組建。電機的轉向和轉速確定了作動器活塞的運動方向和速度。

在A380飛機上，同樣是飛控系統的作動采用了電備份靜液作動器作為主液壓源的備份。

（c）局部電液壓系統

局部電液壓系統是指采取分布式局部液壓中心（LHC）與大功率電動機驅動液泵的結合及分布式油箱的液壓系統。研究表明在大型運輸機中，局部電液壓系統的應用是很有意義的。目前，用于LHC的液壓油冷電機驅動功率已可達100kw，極大地提高了作動效率。A380的局部電液壓系統負責為起落架系統的應急剎車和前輪轉彎功能提供液壓備份。

先進的機電一體化設計，形成電液備份的系統架構，為A380飛機液壓系統提供了更高的可靠性保障，同時，也減輕了飛機重量，提高了液壓作動效率。

2.4 監控診斷技術

液壓系統監控診斷技術是指以計算機為中心， 包括狀態信號的采集、數字信號的處理、系統元件狀態特征量的提取、以及故障診斷專家系統等。 A380飛機大量采用了集成模塊話航空電子系統和遠程數據集中器（RDIU），共有32個模塊化電子設備（IMA）模塊，完成顯示、告警及其他相關功能。飛機液壓系統的控制監測由液壓系統監測單元（HSMU）完成。直流供電的液壓系統監測單元將通過采集系統狀態，實現壓力指示、告警顯示、電動泵控制等功能。隨著航空電子技術的發展，IMA技術將日趨成熟，應用也將更加廣泛，這為包括液壓源系統在內的機械系統的數字化、智能化提供了條件。

3 啟示

A380飛機液壓源系統充分反映了現代民用飛機液壓源系統先進技術的發展方向和要求，對目前我國民用飛機液壓源系統的發展現狀，具有現實指導意義。

（1）多余度設計。對液壓源系統進行余度設計，通過增加系統余度，提高系統的可靠性、安全性。目前，我國自主研發設計制造的正在試飛取證的新型渦扇支線客機ARJ21飛機和在研的大型干線客機C919飛機均采用的是三套液壓源系統。

（2）高壓設計。高壓設計能夠提高系統的工作效率，但是高壓技術同時也受制于液壓管路材料。目前ARJ21飛機和C919飛機均采用的是類似于A320飛機及B737飛機的3000psi壓力，但是，對于未來大型寬體客機來說，A380飛機的5000psi壓力設計將具有重要的參考意義。

（3）機電技術。隨著多電飛機技術的發展，電能將更多地與液壓能源結合，作為飛機作動的能源。A380飛機先進的機電一體化技術的成功應用，將推動其在我國民用飛機上的發展。

（4）監測控制技術。監測控制技術包括平臺的構建以及軟件的集成，通過與航電網絡的通信互聯，成為全機機電綜合的一部分。

作為飛機飛行安全的重要保障，液壓源系統的設計越來越得到飛機研制者的重視。A380飛機作為現代民用飛機的先進代表，其液壓源系統的設計體現了民用飛機液壓源系統的發展方向和趨勢，也為我國民機液壓源系統的研制和發展提供了更多的啟發。

【參考文獻】

[1]李艷軍.飛機液壓傳動與控制[M].北京：科學出版社，2009.

[2]王占林，陳斌，裘麗華.飛機液壓系統的主要發展趨勢[J].液壓氣動與密封，2000（1）：14-18.

[3]A380-800 Flight Deck and Systems Briefing for Pilots，Issue 02-March 2006.

[4]A380 RR Trent 900 Maintenance Courses-M03.

[責任編輯：朱麗娜]