1、2液壓系統串油故障分析

孫曉光，白 楠，王成明，張俊鵬

（93420部隊）

1 故障現象

某型教練機某號機多次飛行后，機務準備工作時檢查發現，飛機第2液壓系統油位降低（偶爾有降低至下刻度線以下情況），同時第1液壓系統油位升高（經常高出上刻線，極端時油面充滿整個液壓油觀察窗），兩系統油面變化反映出的油量變化大致相當，判斷為第1、2液壓系統存在串油現象，串油方向從第2液壓系統串至第1液壓系統，串油量對比其他飛機較為明顯。

2 故障分析與排除

飛機液壓系統為雙液壓系統，第1液壓系統用來進行起落架和護板收放、減速板收放、主起落架機輪防滑剎車和停機剎車；同時向平尾操縱、方向舵操縱和副翼操縱的作動器的一腔供壓；向外側前緣襟翼的驅動裝置供壓。第2液壓系統用來向平尾操縱、方向舵操縱、副翼操縱的作動器的另一腔供壓，同時向后緣襟翼液壓馬達驅動裝置、前輪轉彎操縱及內側前緣襟翼驅動裝置供壓。通過液壓系統供壓關系可以看出，第1、2液壓系統交聯部分只有平尾、方向舵和副翼作動器。

根據故障現象及工作原理，因外場無法對作動器的串油量進行計量，因此對機上平尾、方向舵和副翼作動器進行更換和故障定位。

分別更換左、右副翼作動器及方向舵作動器后，經飛行驗證，第1、2液壓系統串油情況無改善。

更換右平尾作動器后，經飛行驗證，飛行前、后檢查第1、2液壓系統液壓油面幾乎沒有變化。

更換左平尾作動器后，經飛行驗證，飛行前、后檢查第1、2液壓系統液壓油面基本不變，故障排除。

3 平尾作動器故障分析

3.1 平尾作動器原理

平尾作動器為DDV（直接驅動閥）式作動器，為機械液壓2余度、電氣4余度配置，由電氣4余度的DDV力馬達、DDV位移傳感器、作動筒位移傳感器組成。

平尾作動器工作原理：在正常工作狀態下，作動器由兩個獨立的液壓系統，系統1、系統2同時供油，經油濾到兩個電磁切斷閥及DDV、轉換閥、回中閥，DDV接受飛控系統的電指令，對負載流量進行分配。接通電磁切斷閥，電磁切斷閥將輸出壓力油控制轉換閥和回中機構運動到正常工作位置，此時經DDV分配的負載流量經過轉換閥驅動作動筒活塞動作。實現作動器的正常工作模式。

當液壓系統出現故障，導致一個液壓系統失壓，或低于正常工作壓力時，此系統的故障檢測器通過微動開關，向飛控計算機輸出故障信息，此時，轉換閥和回中機構運動維持在正常工作位置，作動器在另一液壓系統的驅動下正常工作，由于失去一個液壓系統，所以作動器的輸出力減半，但仍然能夠滿足舵面最大驅動力矩要求。

當兩個液壓系統出現故障（不包括兩個液壓系統同時發生喪失壓力的情況），或發生3次電氣故障的情況，飛控計算機切斷兩個系統的SOV，轉換閥和回中機構在彈簧力的作用下，運動到故障安全位置，轉換閥切斷DDV對作動筒的控制油路，回中機構通過機械位置反饋，將高壓油與作動筒的一腔連通，推動活塞運動到指定的回中位置，同時鎖住作動筒的兩腔。

圖1 平尾作動器工作原理

當兩個液壓系統均喪失壓力時，作動器在氣動力的作用下，回到預定的回中位置，并鎖住作動筒的兩腔。

3.2 故障分析

將2臺平尾作動器返廠復測。作動器互漏測試條件為：

1）工作液溫度：40℃±10℃；

2）環境溫度：30℃±10℃；

3）額定工作壓力：

供油壓力：20.6MPa；

回油壓力：≤0.98MPa；

作動器不工作情況下（此時油溫30℃左右），測試2臺作動器互漏均滿足要求。作動器運行30分鐘后進行互漏測試（此時油溫50℃左右），2臺平尾作動器互漏值已經接近或超出8ml的使用期指標。2臺作動器互漏測試情況見表1。

表1 互漏測試情況

根據2臺平尾作動器互漏結果分析，在油溫50℃(正常使用狀態)，左平尾2系統與1系統差值為3.7ml，右平尾2系統與1系統差值為3.1ml。2臺平尾作動器合計6.8 ml。計算3到4小時2系統到1系統的串油量大約為1.2L~1.6L。

因此，飛機第1、2液壓系統串油的原因是平尾作動器第2液壓系統向第1液壓系統互漏量較大導致，更換平尾作動器后，在后續的飛行使用中，飛機第1、2液壓系統串油量較少或幾乎無串油量。

根據第1、2液壓系統串油故障現象及平尾作動器的工作原理，建立故障樹如圖2所示。

圖2 串油故障樹

1）通斷兩個平尾伺服作動器兩個系統的SOV（切斷閥）各20次，測試互漏值無變化。

排除SHV轉換閥原因導致平尾作動器互漏大的可能。

2）回中閥在平尾作動器正常工作時不參與工作，在飛行中未出現液壓1、2系統同時故障情況，不存在串油影響。

排除FSMCV回中閥原因導致平尾作動器互漏大的可能。

3）結合上述檢查結果及平尾作動器工作原理，可以判定液壓系統串油原因為平尾作動器內部DDV直接驅動閥互漏大導致的。

4 DDV閥故障分析

4.1 DDV閥工作原理

DDV是作動器的電液轉換機構（如圖3所示），主要由力馬達、閥體組件和線位移傳感器三部分組成。采用電氣四余度、液壓兩余度的工作方式，其中力馬達與線位移傳感器采用電氣四余度，閥體部分采用液壓兩余度。當DDV的力馬達的控制線圈通過電流以后，產生電磁力，驅動力馬達的動鐵心，帶動柔性桿進而帶動閥芯做直線運動。傳感器監控閥芯的運動，形成閉合回路，輸出相應的控制流量，驅動作動筒活塞的輸出。

圖3 DDV閥結構組成

4.2 原因分析

對于采用雙余度串聯結構工作的DDV，一個液壓系統的油液會從DDV內部流到另一個液壓系統，即發生互漏。根據DDV的構型，產生互漏的來源一共有四處：位置1、位置2、位置3和位置4（如圖4所示），圖中左半部分（黑色框部分）為1系統，右半部分（黃色框部分）為2系統。

圖4 DDV閥互漏原理圖

位置1：串聯閥中間段兩系統相連處，來自于閥芯與閥套的間隙滲漏；

位置2：串聯閥中間段兩系統相連處，來自于閥套與閥體的間隙滲漏；

位置3：DDV閥芯兩端平衡油路的互漏，來自閥芯與閥套左右兩端的間隙滲漏；

位置4：DDV閥芯兩端平衡油路的互漏，來自閥套與閥體左右兩端的間隙滲漏。

間隙滲漏的流量計算，按照圓柱環形縫隙流量計算公式：

其中：d—為圓柱直徑；s—為半徑間隙值；μ—為油液動力粘度，與運動粘度ν的關系為μ=ρ·v,ρ，ρ為油液密度；l—為縫隙長度，即配合面沿軸向長度；Δp—為壓差。

取油液密度ρ=850kg/m，運動粘度ν在100℃時為4.9mm/s、40℃時為13.2mm/s。

最大互漏值=位置1互漏值+位置2互漏值+位置3互漏值+位置4互漏值。

由圓柱環形縫隙流量計算公式可知，互漏與閥芯直徑d、閥芯閥套間隙s、油液動力粘度μ、閥芯閥套有效密封長度l、壓差有關。

根據互漏產生機理分析，閥芯閥套間隙s偏大，會導致互漏大。

另外，正常工作中，d、s、l、Δp變化極小，其導致的互漏變化可忽略不計。受油溫等環境因素的影響，μ的波動會導致DDV互漏值的變化。油溫升高，油液粘度μ變小，使得互漏增大。

5 措施及建議

機上采用雙液壓系統供壓，系統持續單方向串油，可能導致液壓油箱油液減少，影響液壓系統的正常工作，甚至液壓泵抱軸的嚴重后果。

1）在液壓油箱觀察窗處增設刻度，用于監控飛機使用過程中液壓系統油液互漏量。

2）在日常保障中，加強第1、2液壓系統油面的檢查，如發現液壓油量有較大的互漏，則因及時查明原因并排除。

3）改進作動器內部DDV閥結構，將內部三凸臺結構更改為四凸臺結構，降低作動器互漏量。