直升機液壓系統試驗設備的研制

王俊 謝錫海 黃彬/國營錦江機器廠

0 引言

液壓系統是直升機的重要組成部分，主要功能是以油液為工作介質，向飛行操縱系統、起落架收放裝置、旋翼剎車裝置、機輪剎車裝置等提供液壓動力。直升機修理、裝配完畢后，必須通過試驗設備為機上液壓系統加注液壓油，并替代機上液壓源進行密封試驗、管路沖洗、功能試驗等，以檢查系統管路及與設備之間連接的正確性，驗證系統性能是否符合技術指標要求，驗證系統是否能與其他系統協同工作。因此，研制一套滿足直升機裝配調試的液壓系統試驗設備，對確保直升機修理和維護質量具有重要意義。

1 功能需求分析及性能參數設計

1.1 測試對象

某型直升機液壓系統由主液壓系統和副液壓系統組成。主液壓系統的功用是向舵機、“槳距—油門”桿以及縱向操縱液壓限動器提供液壓動力；副液壓系統的功用是在主液壓系統故障時，向舵機提供液壓動力。系統的主要技術參數見表1，系統組成和原理見圖1。

1.2 試驗設備功能需求分析

1）向機上液壓系統加注液壓油，具備液位控制、污染度控制、流量控制功能。

2）對機上液壓系統管路進行循環沖洗，具備油液溫度控制功能。

3）對機上液壓系統管路進行密封試驗，具備壓力檢測、壓力控制功 能。

4）替代機上液壓源進行系統功能試驗，具備遙控實現工作泵啟動停止保護功能。

1.3 主要性能參數設計

1）工作介質：YH-15 液壓油。

2）油箱容積：機上液壓系統油量為22L，試驗設備油箱容積設計為50L，可滿足機上液壓系統加注油及系統管路沖洗、試驗需求。

3）工作壓力：機上液壓系統最高工作壓力為7.3MPa，試驗設備的設計工作壓力10MPa，采用變頻器旋鈕無級調節泵組的出口壓力，可滿足試驗需求。

4）過濾精度：機上液壓系統過濾精度為16μm，試驗設備設計的油路過濾精度為10μm。

5）油液污染度：根據機上液壓系統污染度規定，不低于GJB 420B 規定的8 級。

6）額定流量：根據液壓系統試驗需求，試驗設備設計的額定流量為 25L/min。

7）工作液溫度控制：機上液壓系統工作溫度為-50℃～60℃，根據使用地區氣候條件，該試驗設備在長時間運行而導致工作液溫度升高后需對其進行溫度控制，設定工作液溫度≤40℃。

表1 液壓系統的主要技術數據

圖1 直升機液壓系統原理圖

8）最大可連續工作時間：不低于 8 小時。

9）供電電源：工業交流380V/50Hz。

2 試驗設備的總體設計

根據直升機液壓系統結構原理、技術參數和試驗技術要求，分析試驗設備的功能需求，設計性能參數，完成設備總體設計。本試驗設備主要由車體、液壓供油系統和電氣控制系統三部分 組成。

2.1 車體結構

整車采用一體式結構，車體底部設置有可拆式接油盤，單獨設置了電器控制箱和軟管放置箱，車輪采用萬向輪，方便移動（見圖2）。

圖2 試驗設備車體結構示意圖

圖3 液壓供油系統原理圖

2.2 液壓供油系統

液壓供油系統分主副兩個系統（見圖3），可通過相應的輸油軟管與直升機地面供油口連接，將設備串接到直升機液壓系統中，對應機上的主副液壓系統分系統單獨進行工作，也可通過主副系統并線實現同時操作、同時工作。

2.3 電氣控制系統

液壓泵動力電源采用三相四線制，控制電路采用單相電源，設計了無線控制電路，可實現遙控啟停功能，主副系統電氣控制原理分別如圖4、圖5 所示。

3 主要部件選型及研制

該試驗設備的主要部件包括車體、油箱、管路、油濾、油泵、油泵電機、壓力傳感器、變頻器、風冷散熱器等，其中，車體、油箱、管路等非標準部件自制；油濾、油泵、油泵電機、壓力傳感器、變頻器等部件可根據設定的性能參數直接選購貨架產品（見表2）；風冷散熱器通過計算液壓系統和試驗設備發熱量進行選擇。

液壓系統的發熱量主要由四個部分組成，即液壓泵發熱量、沿程損失發熱量、局部損失發熱量和負載發熱量。該試驗設備系統發熱量主要考慮液壓系統沖洗過程中液壓泵的發熱量。

液壓泵的發熱量由下式計算[1]：

其中，η 為液壓泵的總效率，取0.8；N 為液壓泵的輸入功率：

其中，p 為液壓泵實際出口壓力，取機上系統正常工作壓力6.5MPa；Q 為液壓泵的實際流量，為25L/min。

經計算可得：H=570.9kcal/h=662J

系統溫升由下式計算：

其中，K 為油箱的散熱系數，取15；A1為油箱的表面積，為0.9m2。

可得：T1=49℃

風冷散熱器散熱功率可按下式估算：

其中，λ 為散熱片散熱系數，取15；A2為散熱面積，為0.25m2。

可得：P=183.7W

考慮20%的漏風量，選擇兩臺功率100W 的250F2Y6-D 型軸流風機，并列布置于油箱頂部就可以滿足溫度控制需求。

4 工作原理

圖4 主系統電氣控制原理圖

圖5 副系統電氣控制原理圖

表2 液壓系統試驗設備主要部件清單

試驗設備通過輸油軟管與直升機地面供油口連接，將液壓車串接到直升機液壓系統中，設備泵組運行，對機上液壓系統加注液壓油，對系統管路進行循環沖洗；操作直升機上液壓系統控制面板，可進行系統的功能調試。設備分主副兩個系統，可單獨進行工作，也可將主副系統并線以實現同時操作、同時工作。

試驗設備泵組電機的轉速通過變頻器旋鈕無級調節，由接近開關測速。設備最高設置轉速為2750rpm，泵組理論流量為轉速數顯值×10，單位為mL。例如，轉速n=2500rpm，流量Q=n×10mL=2500×10=25000mL/min= 25L/min。

試驗設備的測壓裝置可設定（限制）設備的最高工作壓力，該設備的設定為10MPa。當系統壓力超過所需，繼續上升達到設定（限制）壓力時，設備泵組會停止工作，起到保證系統安全的作用。

試驗設備設計有散熱降溫裝置，風冷散熱器安裝在車體頂部，以便排出車體內部的熱量，保證將系統內的油液溫度控制在工作溫度范圍內。當車體內溫度高于40℃時，散熱排風扇自動運行，當溫度低于30℃時排風扇自動停機。

試驗設備油箱的加油口裝有濾網，管路中設有油濾，過濾精度為10μm，以保證油液清潔。油箱側面安裝有液位計，便于觀察油箱內的油液高度。車內管路上設有放油口和油液取樣口，分別由大小二球閥控制。

試驗設備采用兩種電氣控制方式。其一，在車體的控制面板上可手動控制設備的啟停；其二，遠程（在直升機上）可用遙控器控制設備的啟停。

5 結束語

本文重點闡述了某型直升機液壓系統試驗設備的研制方案，經詳細設計和研制生產，此試驗設備的研制獲得成功。經使用驗證，設備各項性能均滿足試驗要求，對于確保裝備維修質量和效率具有較大軍事和經濟效益。