應急活門對應急放起落架工作的影響研究

付成勇 肖軍雷

1－2石家莊海山實業發展總公司 河北 石家莊 050000

引言

起落架應急放系統作為液壓放下起落裝置的備份系統，是航空裝備的重要組成部分。該系統以壓縮氣體作為動力源，通過設定好的先后順序放下起落架，確保航空裝備安全著陸并滑行。某型裝備在使用過程中，時常出現液壓油從應急放下起落架活門排氣口處流出問題，調研其它系列航空裝備也存在類似故障。本文通過對起落架應急放系統進行系統原理分析及故障機理分析，為改進起落架應急放系統設計提供改進思路。

1 故障現象

據地勤人員在航空裝備接收時反饋，在裝備使用過程中起落架應急放系統主要存在兩類故障：A系列航空裝備接收后使用一段時間，在座艙應急放下起落架操縱活門排氣口處有液壓油流出，污染座艙內電氣產品；B系列航空裝備接收后使用一段時間，在起落架應急放系統的冷氣協調活門排氣口處有液壓油斷斷續續的滴出，對安裝在前起落架支柱上的機械部件和電氣部件造成污染。

2 工作原理

起落架應急放系統通常由應急放起落架開關、應急排油活門、冷氣協調活門、應急活門等組成。正常工作時，活門各部件的正常工作位置見圖1，通氣口無壓力，高壓液壓油從通油口流入，從出口流出至起落架，待起落架放下后系統壓力泄壓。應急情況時，通氣口接通高壓壓力，壓縮氣體從通氣口流入活門并將活塞推開至活門右側，關閉通油口，同時氣體通過活門出口，進入起落架收放作動筒，放下起落架。查出現串油故障的起落架應急放系統均未有應急放下起落架經歷，故障出現在正常使用后。

圖1 應急活門結構示意圖

3 故障分析

根據長期的故障排除經驗以及產品生產廠家歸零情況，結合開展的研究分析，導致起落架應急放系統串油故障的原因主要為以下：

活門氣體腔和液壓腔通過活塞組件與殼體之間的線接觸進行密封隔離的，高壓液壓油從通油口進入應急活門的內部，同時高壓液壓油通過活塞組件和殼體之間的配合間隙進入圓柱形區域，形成液壓油高壓區域。泄壓時，在活塞右側的液壓油隨系統快速泄壓，而活塞左側的液壓油由于泄壓通道為一圓環狀長縫隙，泄壓通道較長，使活塞左側的泄壓時間較右側要長。此時由于活塞右側已泄壓，活塞兩側由于高壓液壓油而存在壓差，考慮到液壓油的壓縮，活塞具備了向右運動的加速度，使活塞向右移動推動活門組件導致密封失效。最終使高壓區域液壓油與通氣口端聯通，形成通路，液壓油從中流出。當液壓壓力對活塞產生的壓力小于金屬活門組件復位彈簧的作用力時活塞快速復位。隨著工作次數的累積，殘余液壓油也逐漸累積，最終形成油滴流出。

該應急活門工作壓力21.5 MPa，泄壓時壓力為0.6 MPa，活塞左側高壓區長度h為4 mm，直徑d為20 mm，活塞長L為20 mm活塞組件和殼體之間配合間原一般在0.05 m，由此計算出該區域的體積V＝3.14×d×h/4＝3.14×20 mm3×4 mm/4＝1256 mm3；高壓液壓油的體積變化量△V＝△P×V/E＝1256×10－9 mm3×(21.5－0.6)MPa/0.7×109Pa≈15.4 mm3。該位置的液壓油的流動屬于縫隙流動，并遵循以下公式：

其中q為流量，△P為活塞兩端面的壓差，w為活塞的滑動速度，μ為動力粘度。由于活門漏油發生時間很短，w值較小，可忽略。取μ為0.0120408Pa?s，將參數帶入其中得：

不計壓力滲漏時壓力變化，計算可知，15.4 mm3的液壓油只需0.003s就可完成壓力釋放，在此期間，由于壓力的作用活塞向右移動約0.4 mm。考慮到活門實際工作情況，活塞在每次起落架應急放系統工作一個周期后均會開啟活塞左側的密封環使得液壓油從密封處漏出。

4 驗證

為驗證故障機理，在地面進行系統加壓、泄壓試驗，選取5架飛機進行5次加壓和泄壓試驗，然后分解后檢查泄漏情況。試驗發現其中3架串油情況嚴重，剩余2架情況較輕。進一步分析試驗件情況發現，活塞與內腔配合間隙越小的進行收放轉換1次后，在通氣口即可發現液壓油流出，而配合間隙大的漏油情況反而比前者好。

5 改進

綜合分析，在以往的航空裝備起落架應急放系統設計時，存在一定的工作原理性缺陷，結合應急活門的固有特性，通過優化該系統的工作原理能夠從根本上解決串油問題。在新型號航空裝備中，主要進行了三個方面的工作原理優化：(1)改變控制方式，由以往的機械協調，改為了電氣控制，増加兩個氣體控制活門，取消冷氣協調活門，避免液壓油滴落在前支柱上；(2)將原來的1個排油口調整為三個排油口，使液壓油能夠及時排到系統外；(3)配合工作原理調整，優化連接方式。改進后的起落裝置應急放系統，已在五十多架航空裝備上實施使用驗證，地勤沒有反饋類似問題的再發生。

6 結束語

起落架應急放系統長期存在的串油故障問題，主要是由于產品設計時未考慮液壓油在狹小空間內的縫隙流動問題。在進行液壓附件設計時應充分的考慮產品功能實現和可能出現的設計缺陷，對產品設計進行充分的理論和實驗論證，避免出現起落架應急放系統串油類似問題。