飛機液壓系統散熱方案簡述

韓定邦

【摘 要】現代飛機液壓系統朝著高壓化趨勢發(fā)展，給液壓系統散熱帶來很大挑戰(zhàn)。本文介紹了3種典型的液壓系統散熱器，可作為民用飛機液壓系統散熱設計參考。

【關鍵詞】民用飛機；液壓系統；散熱

0 引言

液壓系統發(fā)熱的原因為不可能將輸入能量全部轉化為有效做功。無效功率的主要轉換為熱量，所以，液壓系統正常工作溫度一般大于環(huán)境溫度。當系統生熱量和系統散熱量相等時系統達到熱平衡。

液壓系統油液溫度過高會有以下影響：油液氧化作用加劇而變質；油液粘度降低，系統內泄漏量增大，導致系統的容積效率降低；橡膠密封件變形，加速老化失效進程，造成系統的外泄漏；使作動器膨脹系數不同的運動副的間隙變小或發(fā)生卡阻現象；飛機火災隱患[1]。

因此將液壓系統設計在指定的溫度范圍內能達到熱平衡狀態(tài)十分重要。

1 飛機液壓系統熱分析方法

液壓系統的發(fā)熱源主要有：

●泵和閥的內部泄漏；

●用于節(jié)流和控制的閥和孔口；

●在管路、接頭和通路中的流阻壓降；

液壓系統的散熱方式主要有：

●液壓系統與案件和飛機結構之間的熱傳導；

●液壓元件周圍的空氣對流；

●液壓元件的熱輻射；

●熱交換器。

在飛機伺服作動系統中，變流量泵的所有輸入能量幾乎全部轉化為熱（在靜態(tài)穩(wěn)定操作工況下），當系統沒有工作輸出，系統溫度高到一定程度使系統散熱率和系統輸入能量相等，這時候就達到了熱平衡。

Win=Qloss=UA（Tsys-Tair）

其中，

Win=輸入能量

Qloss=熱損失

U=總傳熱系數

A=系統表面積

Tsys=系統溫度

Tair=系統溫度

若液壓系統通過自身設備及管路與周圍環(huán)境的對流、輻射和熱傳導散熱使得熱平衡溫度與設計預期相符，就不需要在系統中設置熱交換器。如果通過熱分析表明系統自身散熱不能滿足溫度要求，那就需要專門的熱交換器來散熱。

2 液壓系統熱交換器種類

飛機液壓系統熱交換器根據冷卻介質不同可以分為以下幾種：

液冷式：液壓油——燃油熱交換器

風冷式：引氣熱交換器和沖壓空氣熱交換器

媒冷式：分體式熱交換器

2.1 液壓油—燃油散熱器

液壓油—燃油熱交換器是將液壓系統殼體回油管路蛇形布置并加裝翅片，以達到增大散熱面積的熱交換器。液壓油——燃油熱交換器一般布置在飛機燃油箱最低處，使散熱器大部分時間能夠完全浸入在燃油中以保證散熱效果。

典型的液壓油——燃油熱交換器如圖1所示：

為了系統不需要額外散熱時管路沿程損失，一般在殼體回油管路上還設置有旁通閥。熱交換器旁通閥是一個具有溫度控制功能的2位4通方向閥，用于控制系統殼體回油的流向。當油溫高于某個設定溫度時旁通閥打開，殼體回油進入熱交換器冷卻后進入液壓油箱；當油溫低于某個設定溫度時旁通閥關斷，殼體回油直接進入液壓油箱。

液壓油—燃油熱交換器換熱效率高，且燃油比熱容為2.1×103J/（kg·℃），一般能夠滿足飛機液壓系統散熱要求。但液壓油—燃油熱交換器設計時需要考慮燃油箱防爆問題及液壓油泄漏污染燃油問題。

2.2 風冷式散熱器

風冷式散熱器是利用空氣與安裝在液壓管路上的散熱器進行熱交換，空氣來源可以是發(fā)動機引氣，也可以是沖壓空氣。液壓管路散熱器的形式和液冷式散熱器類似，一般都有翅片增大散熱面積。并在殼體回油管路上也設置有旁通閥用來減少較低溫度時的管路沿程損失。

采用發(fā)動機引氣或沖壓空氣進行散熱，都需要考慮地面低速情況下或者發(fā)動機關閉時液壓系統的散熱問題。一般的解決方案是在地面時采用液壓馬達或者電機帶動風扇對散熱器進行強制換熱，在空中由發(fā)動機引氣或者沖壓空氣進行散熱。

典型的風冷式散熱器如圖2所示：

2.3 媒冷式熱交換器

媒冷式熱交換器由散熱器、壓縮機、冷凝器、膨脹閥等組成，經壓縮機壓縮后的高溫高壓的冷媒以氣態(tài)進入冷凝器散熱降溫液化，成為高壓液體，根據蒸發(fā)器出口的溫度調節(jié)膨脹閥中的冷媒的流量，使經膨脹閥后得到的低壓液態(tài)的冷媒進入散熱器，在散熱器內吸收液壓油的熱量，變?yōu)榈蛪赫羝龠M入壓縮機，往復循環(huán)。利用冷媒狀態(tài)變化使散熱器中的液壓油得到冷卻，冷凝器周圍空氣得到加熱。媒冷式散熱系統的冷卻效率高，而且在地面時有良好的冷卻能力，高空高速飛行時有良好的經濟性，節(jié)省燃油。

媒冷式熱交換器由于其系統設計的復雜性、冷媒密封性以及控制元件可靠性的限制，目前還沒有得到廣泛的工程應用[2]。

3 總結

以上根據冷卻介質不同介紹了3種典型的飛機液壓系統散熱器。不同的散熱器方案在理論上有優(yōu)劣之分，但在實際應用中則必須具體問題具體分析。設計飛機液壓系統散熱器時，可以根據計算分析結果，并結合飛機特點選擇以上一種或幾種組合的散熱器作為設計方案；設計時除了滿足系統計算、試驗分析的結果外，還應考慮安全性、經濟性等問題。只有滿足系統溫度性能要求，并具有安全性及經濟性的方案才是最優(yōu)案。

【參考文獻】

[1]李炳健.淺析液壓系統中的發(fā)熱和散熱[J].山西機械，2003（S1）.

[2]黃新松，李文輝.直升機用蒸發(fā)循環(huán)制冷系統設計計算與仿真[J].直升機技術， 2016（4）.

[責任編輯：朱麗娜]endprint