起落架收放系統的仿真研究與常見故障分析

上海飛機制造有限公司 上海 201324

1 研究背景

飛機采用三套獨立的液壓系統，每套液壓系統都配置主泵、備用泵、蓄壓器、自增壓油箱、油濾組件及控制閥等，為飛機的飛控系統、起落架系統等提供液壓能源[1]。飛機液壓系統如圖1所示。

機上系統地面功能試驗是飛機總裝后對飛機系統件、成品件進行的一系列試驗，對飛機進行技術要求符合性檢查，驗證裝機后各方面的功能，是保證飛機安全性的重要過程。

起落架系統機上功能試驗包括飛機試飛前起落架收放試驗、機輪剎車試驗、前輪轉彎試驗等。試驗程序的正確、合理、有效是整個試驗順利完成的保證。長期以來，功能試驗都是依靠測試人員的經驗來進行，人為因素較多。解決方法往往是按相應的故障隔離程序，用替換法逐步隔離出故障件，最終確定故障的具體位置。這樣做無法實現故障的在線監測，對內部故障也不易察覺[2-3]。若遇到故障排除手冊中沒有的程序，往往無法快速得到解決，浪費大量的時間和人力成本，耽誤總裝進度。筆者就此對起落架收放系統進行仿真研究與常見故障分析。

2 起落架收放系統工作原理

起落架收放系統由正常收放系統和應急系統組成，正常收放系統控制采用人工操縱、電氣控制和液壓作動的形式，由液壓系統提供壓力。

起落架收放通過起落架收放手柄進行人工操縱，起落架收起或放下由位置作動控制組件PACU1和PACU2控制，PACU1和PACU2接收起落架收放手柄及安裝在前起落架和主起落架上位鎖、下位鎖、緩沖支柱等處的接近傳感器信號，經過邏輯運算，控制起落架選擇閥電磁鐵的通電、斷電狀態，從而接通起落架收起或放下油路，完成起落架的收放動作。起落架收放系統組成框圖如圖2所示。

前起落架的液壓原理如圖3所示。駕駛員操控手柄控制電磁閥工作。手柄扳至放下位置，電磁閥的左線圈通電，放下管道與壓力管道相通，收起管道與回油管道相通，前起落架液壓缸的活塞桿縮進，前起落架放下。放好后，手柄回中位，電磁閥斷電，切斷來油，收起和放下管道都與回油路相通，放下位置由帶溢流閥的液壓鎖和放下鎖保持。手柄扳至收上位置，電磁閥的右線圈通電，收起管道通油，打開液壓鎖，然后油液進入液壓缸，使活塞桿伸出，打開放下鎖，收起前起落架。收好后，手柄回中位，前起落架由收上鎖保持在收上位置。管道中單向閥用于防止其它部分工作時，回油壓力傳入起落架收放部分而引起該部分自動工作。

3 起落架收放系統建模

3.1 下放狀態模型

基于AMEsim仿真軟件的Sketch模塊[4-6]，從液壓系統庫中選取元件模型，建立起落架收放系統模型。圖4所示為起落架下放狀態模型。

▲圖2 起落架收放系統組成框圖

▲圖3 前起落架液壓原理

完成系統模型搭建后，仿真的關鍵是起落架收放系統元件的參數設定，需要著重關注的是驅動泵、蓄能器、收放作動筒及其參數。

驅動泵選擇恒壓泵模型，工作特性為：

▲圖1 飛機液壓系統

式中：V 為排量，L/r；p 為壓力，MPa；P 為功率，kW；n為轉速，r/min。

蓄能器忽略熱交換，工作特性為：

動態模型取絕熱過程，m為1.4，c為常數。

系統中電磁閥采用三位四通閥模型，前起落架的收放作動筒選擇雙腔單桿液壓缸模型，主要參數均參照需求進行設置，系統的其它部件也可按照實際情況進行設置。

3.2 仿真結果

▲圖4 起落架收放系統下放狀態模型

根據起落架模型，對起落架部件的工作特性進行仿真，以了解其工作狀態。在仿真時間為0～3 s時，仿真結果如圖 5、圖 6、圖 7所示。

▲圖5 起落架無桿腔速度仿真結果

由圖5可見，上位鎖打開后，起落架逐漸達到最大開啟速度，隨著氣動激勵變化，速度逐漸發生振蕩并達到穩定。

▲圖6 驅動泵出口壓力仿真結果

▲圖7 驅動泵出口流量仿真結果

由圖6、圖7可見，驅動泵的出口壓力和出口流量隨起落架負載而變化。

4 起落架收放系統常見故障及原因分析

正常運行的飛機，其起落架收放系統故障主要包括收放作動筒故障、零部件磨損和液壓系統故障，功能試驗中經常出現的故障集中在接近開關和控制線路。

4.1 收放作動筒故障

飛機起落動作次數多，收放作動筒的工作較為頻繁，工作負荷較大，若收放作動筒內的液壓油壓力過大，或密封元件與筒壁發生摩擦產生變形，會使收放作動筒的連桿彎曲或發生滲油等故障。

4.2 液壓系統故障

液壓動力不足會導致起落架收放時間過長[7]。一旦液壓輸出壓力不足，優先活門會停止向收放系統供油，以保證飛控系統正常運行[8]。當液壓輸出壓力足夠時，優先活門方能正常向收放系統供油。另外，起落架選擇閥故障會導致起落架收放系統故障[9-10]。

4.3 零部件故障

起落架收放系統中常見的零部件故障有減振柱、收放鎖及接近傳感器故障等。

（1）減振柱故障。起落架減振柱需要有足夠的油壓，當油壓不足時會造成減振柱偏軟，進而導致收起時無法上鎖。如果減振柱偏軟，在風阻作用下，減振柱內筒會縮進外筒，使內筒鎖銷與上位鎖鎖扣位置發生偏離，出現上鎖故障。

（2）收放鎖故障。起落架的頻繁收放會使收放鎖機構的螺桿和襯套發生嚴重磨損，從而發生故障[10]。

（3）接近開關故障。這一故障主要出現在起落架收放系統的總裝功能試驗中，常見故障包括接近傳感器故障、傳感器信號不一致等。傳感器故障的原因主要有傳感器損壞、傳感器標靶故障、傳感器安裝位置偏差過大、傳感器線路故障、位置作動控制組件故障等。

5 故障應對措施

5.1 起落架收放延時

定期檢查液壓系統的活門管道、控制桿，定期檢查組件的壓力，必要時進行更換。定期檢查液壓管道是否扭曲或堵塞，檢測分析轉動連桿等部件是否損壞，一旦發現堵塞或損壞，要及時更換。

5.2 收放作動筒故障

定期檢查收放作動筒的壓力和密封情況，以及磨損彎曲現象，一旦出現異常，應及時更換收放作動筒，防止出現滲油。

5.3 液壓部件故障

定期檢查起落架電磁閥、回油接頭單向閥，以及液壓收放系統的密封性，檢測回油管道的回油壓力，并定期更換飛機液壓油。

6 結論

筆者對飛機起落架收放系統做了簡要概述，對其工作原理、工作回路進行分析，并建立了仿真模型。應用AMEsim軟件建模仿真原理搭建了起落架收放系統仿真模型，并進行了參數設置。

分析了起落架常見故障及原因，并制訂了應對措施。應重視起落架收放系統結構，定期檢查和維護。

筆者的仿真結果對起落架收放系統的總體設計、功能試驗有一定的指導意義，可以方便系統的參數優化。另一方面，仿真技術的發展將對飛機各領域研究產生越來越重要的影響。