某型飛機(jī)液壓系統(tǒng)地面控制裝置設(shè)計(jì)與工藝方法研究

■ 王志剛 畢海亮 王鵬飛/凌云科技集團(tuán)有限責(zé)任公司

0 引言

某型飛機(jī)傳統(tǒng)修理工藝一般采用機(jī)上供電的方法進(jìn)行液壓系統(tǒng)功能試驗(yàn)，但由于飛機(jī)液壓系統(tǒng)是依靠電氣系統(tǒng)控制，經(jīng)常因部分電氣線路、電門和附件的故障導(dǎo)致液壓系統(tǒng)功能試驗(yàn)工作受限，影響飛機(jī)正常維修周期。液壓系統(tǒng)功能試驗(yàn)作為飛機(jī)維修的重要工序，試驗(yàn)項(xiàng)目多、工序復(fù)雜、周期較長(zhǎng)，若無(wú)法將電氣故障與系統(tǒng)功能試驗(yàn)隔離，將大大延長(zhǎng)維修周期，造成嚴(yán)重的成本浪費(fèi)。針對(duì)該問題，本文開展了液壓系統(tǒng)地面控制裝置的設(shè)計(jì)與工藝方法研究，有效解決了飛機(jī)液壓系統(tǒng)電氣部分出現(xiàn)故障時(shí)無(wú)法完成調(diào)整試驗(yàn)的問題，有利于縮短飛機(jī)維修周期，降低維修成本。

1 液壓系統(tǒng)操縱控制系統(tǒng)

某型飛機(jī)液壓系統(tǒng)由起落架收放、襟翼收放、前輪轉(zhuǎn)彎、主輪剎車、驅(qū)動(dòng)風(fēng)擋雨刮器、發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)急停車和螺旋槳應(yīng)急順槳、多用途艙門開關(guān)等操縱控制系統(tǒng)組成。本文研究的對(duì)象是由電氣控制的操縱控制系統(tǒng)，包括起落架收放、襟翼收放、前輪轉(zhuǎn)彎、多用途艙門開關(guān)。

1.1 起落架收放系統(tǒng)

起落架收放系統(tǒng)的功能是完成飛機(jī)起飛、著陸時(shí)起落架的收起和放下。飛機(jī)收起落架時(shí)，將起落架轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到“收起”位置，12型電磁活門將壓力油路與收起油路接通，壓力油進(jìn)入上位鎖開鎖作動(dòng)筒和收放作動(dòng)筒收起腔，使起落架收起；同時(shí)，接通11型電磁活門，將主蓄壓器的充壓管路關(guān)斷，液壓泵便停止向主蓄壓器充壓，壓力油全部供給起落架收放作動(dòng)筒收起腔，縮短起落架收起時(shí)間。飛機(jī)放起落架時(shí)，將起落架轉(zhuǎn)換開關(guān)扳到“放下”位置，12型電磁活門將壓力油路與放下油路接通，壓力油進(jìn)入下位鎖開鎖作動(dòng)筒和收放作動(dòng)筒放下腔，使起落架放下。

1.2 襟翼收放系統(tǒng)

襟翼收放系統(tǒng)的功能是在飛機(jī)起飛時(shí)將襟翼放下到15°的角度，增大飛機(jī)升力；在飛機(jī)著陸時(shí)將襟翼放下到30°的角度，增加飛機(jī)阻力，縮短著陸滑跑距離。襟翼收放系統(tǒng)分為正常收放和應(yīng)急放兩種形式，分別由主供壓系統(tǒng)和應(yīng)急供壓系統(tǒng)供壓，正常收放襟翼依靠22A型電磁活門實(shí)現(xiàn)，應(yīng)急放襟翼依靠21A型電磁活門實(shí)現(xiàn)。飛機(jī)放襟翼時(shí)，將正常收放襟翼開關(guān)扳到“放下”位置，22A型電磁活門接通壓力油路和放下油路，一路壓力油經(jīng)梭形活門松開摩擦片制動(dòng)器；另一路壓力油經(jīng)流量控制活門、液壓鎖和梭形活門流至液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)在油壓的作用下開始轉(zhuǎn)動(dòng)，將襟翼放下。飛機(jī)收襟翼時(shí)，將正常收放襟翼開關(guān)扳到“收起”位置，22A型電磁活門接通壓力油路和收起油路，一路壓力油經(jīng)梭形活門松開摩擦片制動(dòng)器；另一路壓力油經(jīng)液壓鎖和梭形活門流至液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)在油壓的作用下開始轉(zhuǎn)動(dòng)，將襟翼收起。應(yīng)急放襟翼的工作情況與正常放襟翼時(shí)相似。

1.3 前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)

前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的功能是在飛機(jī)地面滑行和起飛著陸時(shí)糾正飛機(jī)的滑跑方向。飛機(jī)以小角度滑行和大角度轉(zhuǎn)彎時(shí)用手操縱轉(zhuǎn)彎，前輪最大偏轉(zhuǎn)角度為45°；在起飛和著陸滑跑時(shí)用腳操縱前輪轉(zhuǎn)彎，前輪最大偏轉(zhuǎn)角度為10°，前輪轉(zhuǎn)彎時(shí)的手腳操縱的切換是通過(guò)操縱22A型電磁開關(guān)實(shí)現(xiàn)的。飛機(jī)前輪左右轉(zhuǎn)彎時(shí)，接通手或腳操縱轉(zhuǎn)彎開關(guān)，22A型電磁開關(guān)工作，壓力油進(jìn)入轉(zhuǎn)彎分配器，操縱手輪或腳蹬向左或向右，打開轉(zhuǎn)彎分配器分流活門，使壓力油進(jìn)入前輪轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒左腔或右腔，推動(dòng)前輪向操縱方向轉(zhuǎn)動(dòng)。前輪轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒兩腔的管路連接通過(guò)21B型電磁開關(guān)實(shí)現(xiàn)，使飛機(jī)在地面運(yùn)動(dòng)時(shí)前起落架能夠自由定位。

1.4 多用途艙門開關(guān)系統(tǒng)

多用途艙門開關(guān)系統(tǒng)的功能是在飛機(jī)飛行時(shí)完成多用途艙門的“打開”與“關(guān)閉”。多用途艙門開關(guān)系統(tǒng)分為正常開關(guān)和應(yīng)急開關(guān)兩種形式，分別由主供壓系統(tǒng)和應(yīng)急供壓系統(tǒng)供壓，正常和應(yīng)急開關(guān)多用途艙門都依靠12型電磁活門實(shí)現(xiàn)。將多用途艙門正常操縱開關(guān)扳到“打開”位置，12型電磁活門接通壓力油路和打開油路，壓力油經(jīng)單向限流活門、梭形活門和液壓鎖流至多用途艙門收放作動(dòng)筒打開腔，帶動(dòng)多用途艙門打開；將多用途艙門正常操縱開關(guān)扳到“關(guān)閉”位置，12型電磁活門接通壓力油路和關(guān)閉油路，壓力油經(jīng)單向限流活門、梭形活門和液壓鎖流至多用途艙門收放作動(dòng)筒關(guān)閉腔，帶動(dòng)多用途艙門關(guān)閉。應(yīng)急開關(guān)多用途艙門的工作情況與正常開關(guān)多用途艙門相似。

2 電磁活門供電機(jī)理分析

該型飛機(jī)液壓系統(tǒng)起落架收放、襟翼收放、前輪轉(zhuǎn)彎、多用途艙門開關(guān)依靠各分系統(tǒng)電磁活門來(lái)控制液壓系統(tǒng)油路的走向，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)操縱功能。電磁活門的工作原理是依靠電磁鐵通電，在電磁力的作用下推動(dòng)活門內(nèi)部閥芯移動(dòng)，控制液壓系統(tǒng)油路的通或斷。不同型號(hào)電磁活門的區(qū)別在于供電方式的差異和油路切換形式的差異。供電方式的差異體現(xiàn)在電磁活門的工作狀態(tài)不同，油路切換形式的差異體現(xiàn)在不同工作狀態(tài)下電磁活門腔體內(nèi)連通的形式不同。各系統(tǒng)功能對(duì)應(yīng)的電磁活門如表1所示。

表1 液壓操縱系統(tǒng)對(duì)應(yīng)電磁活門型號(hào)

結(jié)合該型飛機(jī)起落架收放、襟翼收放、前輪轉(zhuǎn)彎、多用途艙門開關(guān)系統(tǒng)工作電路原理圖，分析各型號(hào)電磁活門供電機(jī)理，確定電磁活門供電與控制關(guān)系。各型號(hào)電磁活門針孔供電關(guān)系如表2所示。

表2 電磁活門針孔供電關(guān)系

3 液壓系統(tǒng)地面控制裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)功能試驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)了一種液壓系統(tǒng)地面控制裝置。該裝置包括1臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱、1套電源電纜、4套飛機(jī)連接電纜。標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱由信號(hào)燈、控制電門、電壓表、連接插座、保險(xiǎn)絲等元器件組成。基本思路是將機(jī)上液壓系統(tǒng)電氣控制線路模擬到地面控制裝置上，通過(guò)地面控制裝置向機(jī)上電磁活門提供27V電壓并建立遠(yuǎn)程控制關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)地面遠(yuǎn)程控制飛機(jī)液壓系統(tǒng)功能試驗(yàn)的目的，完成起落架收放、襟翼收放、前輪轉(zhuǎn)彎、多用途艙門開關(guān)試驗(yàn)工序。液壓系統(tǒng)地面控制裝置控制關(guān)系如圖1所示。

圖1 液壓系統(tǒng)地面控制裝置控制關(guān)系

液壓系統(tǒng)地面控制裝置設(shè)計(jì)包括液壓系統(tǒng)地面控制裝置電路設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)地面控制裝置操作面板設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)地面控制裝置接口設(shè)計(jì)。

3.1 液壓系統(tǒng)地面控制裝置電路設(shè)計(jì)

通過(guò)以上分析，繪制電磁活門地面供電模擬器控制電路（見圖2），確保設(shè)計(jì)電路符合操作要求。

圖2 液壓系統(tǒng)地面控制裝置電路圖

1）收起落架電路原理：正電從ZKC配電盤→自動(dòng)保護(hù)開關(guān)→“收起-放下”轉(zhuǎn)換開關(guān)→油門桿位置信號(hào)微動(dòng)開關(guān)→地面聯(lián)鎖終點(diǎn)開關(guān)→收起落架電磁開關(guān)12型的插頭座③→線圈→插頭座①→地。與此同時(shí)，正電從ZKC配電盤→自動(dòng)保護(hù)開關(guān)→“收起-放下”轉(zhuǎn)換開關(guān)→蓄壓器充壓電磁開關(guān)11型的插頭座①→線圈→插頭座②→地。

2）放起落架電路原理：正電從ZKC配電盤→自動(dòng)保護(hù)開關(guān)→“收起-放下”轉(zhuǎn)換開關(guān)→收起落架電磁開關(guān)12型的插頭座②→線圈→插頭座①→地。

3）放襟翼電路原理：正電從ZKC配電盤→自動(dòng)保護(hù)開關(guān)→供給襟翼位置電動(dòng)機(jī)構(gòu)電源→襟翼位置扳動(dòng)開關(guān)→襟翼位置電動(dòng)機(jī)構(gòu)→電磁開關(guān)22A型的插頭座②→線圈→插頭座①→地。

4）收襟翼電路原理：正電從ZKC配電盤→自動(dòng)保護(hù)開關(guān)→供給襟翼位置電動(dòng)機(jī)構(gòu)電源→襟翼位置扳動(dòng)開關(guān)→襟翼位置電動(dòng)機(jī)構(gòu)→電磁開關(guān)22A型的插頭座③→線圈→插頭座①→地。

5）應(yīng)急放襟翼電路原理：正電從ZKC配電盤→自動(dòng)保護(hù)開關(guān)→應(yīng)急放襟翼開關(guān)→襟翼位置電動(dòng)機(jī)構(gòu)→電磁開關(guān)21A型的插頭座①→線圈→插頭座②→地。

6）手操縱前輪轉(zhuǎn)彎電路原理：正電從ZKC配電盤→自動(dòng)保護(hù)開關(guān)→聯(lián)鎖微動(dòng)開關(guān)→操縱轉(zhuǎn)換開關(guān)→電磁開關(guān)22A型的插頭座②→線圈→插頭座①→地。與此同時(shí)，正電從ZKC配電盤→自動(dòng)保護(hù)開關(guān)→終點(diǎn)開關(guān)→操縱轉(zhuǎn)換開關(guān)→電磁開關(guān)21B型的插頭座①→線圈→插頭座②→地。

7）腳操縱前輪轉(zhuǎn)彎電路原理：正電從ZKC配電盤→自動(dòng)保護(hù)開關(guān)→聯(lián)鎖微動(dòng)開關(guān)→操縱轉(zhuǎn)換開關(guān)→電磁開關(guān)22A型的插頭座③→線圈→插頭座①→地。與此同時(shí)，正電從ZKC配電盤→自動(dòng)保護(hù)開關(guān)→終點(diǎn)開關(guān)→操縱轉(zhuǎn)換開關(guān)→電磁開關(guān)21B型的插頭座①→線圈→插頭座②→地。

8）打開多用途艙門電路原理：正電從ZKC配電盤→自動(dòng)保護(hù)開關(guān)→收放多用途艙門開關(guān)→電磁活門12型的插頭座②→線圈→插頭座①→地。

9）關(guān)閉多用途艙門電路原理：正電從ZKC配電盤→自動(dòng)保護(hù)開關(guān)→收放多用途艙門開關(guān)→電磁活門12型的插頭座③→線圈→插頭座①→地。

3.2 液壓系統(tǒng)地面控制裝置操作面板的設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)各分系統(tǒng)控制方式的研究，開展液壓系統(tǒng)地面控制裝置操作面板設(shè)計(jì)。規(guī)劃面板分區(qū)布局，計(jì)算面板開孔尺寸，使操作面板符合正確控制方式和常規(guī)操作習(xí)慣，達(dá)到提高工作效率和防止出現(xiàn)錯(cuò)誤操作行為的目的。設(shè)備操作面板分為輸入模塊、控制模塊、輸出模塊共3個(gè)模塊。輸入模塊由電源輸入接口、輸入開關(guān)和輸入電壓表等元器件組成；控制模塊由2個(gè)兩位控制開關(guān)、2個(gè)三位控制開關(guān)和6個(gè)指示燈等元器件組成；輸出模塊由4個(gè)輸出接口組成。

液壓系統(tǒng)地面控制裝置操作面板材料為閃光銀鋁板，表面文字采用滲透印刷，面板選材實(shí)用美觀，面板指示清晰、操作簡(jiǎn)單，具有較高的安全性和可靠性。面板上設(shè)計(jì)有指示燈，提醒操作者液壓系統(tǒng)工作位置，內(nèi)設(shè)電壓表顯示輸出電壓，以及控制開關(guān)和連接插座，有效保證電壓的輸送。液壓系統(tǒng)地面控制裝置操作面板示意如圖3所示。

圖3 液壓系統(tǒng)地面控制裝置操作面板示意圖

3.3 液壓系統(tǒng)地面控制裝置接口的設(shè)計(jì)

結(jié)合該型飛機(jī)液壓系統(tǒng)電磁活門功用及分類，對(duì)液壓系統(tǒng)地面控制裝置接口進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于21A型電磁活門和21B型電磁活門的控制關(guān)系相似，將兩個(gè)電磁活門接口合并成1個(gè)，設(shè)計(jì)了12型電磁活門、22A型電磁活門、11型電磁活門、21A型電磁活門共4個(gè)接口。接口采用快卸式接頭，便于拆裝。基于各型號(hào)電磁活門供電機(jī)理分析，確定液壓系統(tǒng)地面控制裝置與機(jī)上電磁活門匹配關(guān)系。液壓系統(tǒng)地面控制裝置接口示意如圖4所示。

圖4 液壓系統(tǒng)地面控制裝置接口示意圖

4 液壓系統(tǒng)地面控制工藝方法研究

在飛機(jī)液壓系統(tǒng)模擬供壓時(shí)，采用液壓系統(tǒng)地面控制裝置供電，通過(guò)連接電纜的連接，在機(jī)上電磁活門與控制裝置操作開關(guān)之間建立控制關(guān)系，如圖5所示。

圖5 液壓系統(tǒng)地面控制工藝方法試驗(yàn)結(jié)果

4.1 起落架收放試驗(yàn)

將起落架收放電磁活門12型和11型與地面電纜線插頭連接好。操縱地面控制裝置面板上電磁活門11型控制開關(guān)置于“接通”位（綠燈亮），操縱地面控制裝置面板上電磁活門12型控制開關(guān)置于“收起”位（綠燈亮），飛機(jī)液壓系統(tǒng)接通起落架收起油路，完成起落架收起功能試驗(yàn)。操縱地面控制裝置面板上電磁活門12型控制開關(guān)置于“放下”位（綠燈亮），飛機(jī)液壓系統(tǒng)接通起落架放下油路，完成起落架放下功能試驗(yàn)。

4.2 正常襟翼收放試驗(yàn)

將襟翼正常收放電磁活門22A型與地面電纜線插頭連接好。操縱地面控制裝置面板上電磁活門22A型控制開關(guān)置于“收起”位（綠燈亮），飛機(jī)液壓系統(tǒng)接通襟翼收起油路，完成襟翼收起功能試驗(yàn)。操縱地面控制裝置面板上電磁活門22A型控制開關(guān)置于“放下”位（綠燈亮），飛機(jī)液壓系統(tǒng)接通襟翼放下油路，完成襟翼放下功能試驗(yàn)。

4.3 應(yīng)急放襟翼試驗(yàn)

將襟翼應(yīng)急收電磁活門21A型與地面電纜線插頭連接好。操縱地面控制裝置面板上電磁活門21A型控制開關(guān)置于“放下”位（綠燈亮），飛機(jī)液壓系統(tǒng)接通襟翼放下油路，完成襟翼應(yīng)急放下功能試驗(yàn)。

4.4 前輪轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)

將前輪轉(zhuǎn)彎電磁活門22A型和21B型與地面電纜線插頭連接好。操縱地面控制裝置面板上電磁活門21B型控制開關(guān)置于“接通”位（綠燈亮），操縱地面控制裝置面板上電磁活門22A型控制開關(guān)置于“手操縱”位（綠燈亮），飛機(jī)液壓系統(tǒng)接通前輪轉(zhuǎn)彎手操縱油路，操縱機(jī)上前輪轉(zhuǎn)彎手輪，完成手操縱前輪轉(zhuǎn)彎功能試驗(yàn)。操縱地面控制裝置面板上電磁活門22A型控制開關(guān)置于“腳操縱”位（綠燈亮），飛機(jī)液壓系統(tǒng)接通前輪轉(zhuǎn)彎腳操縱油路，操縱機(jī)上腳蹬，完成腳操縱前輪轉(zhuǎn)彎功能試驗(yàn)。

4.5 多用途艙門收放試驗(yàn)

將多用途艙門收放電磁活門12型與地面電纜線插頭連接好。操縱地面控制裝置面板上電磁活門12型控制開關(guān)置于“收起”位（綠燈亮），飛機(jī)液壓系統(tǒng)接通多用途艙門收起油路，完成多用途艙門收起功能試驗(yàn)。操縱地面控制裝置面板上電磁活門12型控制開關(guān)置于“放下”位（綠燈亮），飛機(jī)液壓系統(tǒng)接通多用途艙門放下油路，完成多用途艙門放下功能試驗(yàn)。多用途艙門應(yīng)急收放操作與正常收放操作一致。

5 總結(jié)

通過(guò)液壓系統(tǒng)地面控制裝置的設(shè)計(jì)與工藝方法的研究，實(shí)現(xiàn)了液壓系統(tǒng)地面模擬供電和液壓系統(tǒng)調(diào)整試驗(yàn)，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足相關(guān)技術(shù)要求，性能合格。該方法打破了只能采用機(jī)上電源進(jìn)行液壓系統(tǒng)功能試驗(yàn)的傳統(tǒng)操作模式，為飛機(jī)維修提供了新思路，降低了維修成本，縮短了修理周期。傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)功能試驗(yàn)時(shí)仍需滿足機(jī)上電路完整并在地面電源車供電方式下進(jìn)行，存在的維修靈活性差、易受其他因素限制等缺點(diǎn)，與此相比本文提出的方法已在該型飛機(jī)上實(shí)現(xiàn)機(jī)上無(wú)電情況下進(jìn)行液壓系統(tǒng)功能試驗(yàn)的能力。同時(shí)，利用液壓系統(tǒng)地面控制裝置，可驗(yàn)證各分系統(tǒng)電磁活門工作性能，剝離電氣系統(tǒng)故障的判定路線，優(yōu)化調(diào)試階段系統(tǒng)故障分析和排除的流程，降低調(diào)試難度，實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)故障的快速定位，提高飛機(jī)維修質(zhì)量。