飞机液压系统常见故障诊断及预防措施研究

0引言

飞机液压系统是飞机运行中最重要的系统之一,主要以液体为工作介质,靠液体压力驱动执行机构完成特定操纵动作来控制操纵舵面和作动筒等,直接关系着飞行过程中飞机系统设备的正常工作及飞行安全。一旦发生故障,后果将会很严重,对飞机的损伤很大,甚至会危害到机组的安全。为了保证安全可靠飞行,现代飞机上一般都有几个独立的液压源系统。液压系统故障在飞机故障中占比最大,约达1/3,而且由于液压系统一些小故障很难被发现,容易被机务忽视,所以航司对于飞机液压系统的故障排除和维护必须予以重视,优化维护程序,对飞机液压系统由于噪声、振动及污染物等原因可能发生的故障,提出积极有效的维修方案。空客A320系列飞机为国内航线主流执飞机型,本文针对此机型存在的故障进行分析并给出解决方案。

1液压系统工作原理

液压系统基本工作原理:利用不同的增压部件,包括发动机驱动泵(Engine Driven Pump,EDP)、电马达驱动泵 (Electric Motor Driven Pump,EMDP)及空气驱动泵(Air Driven Pump,ADP)等^[1],将驱动泵的机械能转换为液体的压力能,通过改变液体的压力能来传递能量,再通过各种控制阀门及管路输送,借助于液压系统执行部件(液压缸或马达)把压力能转换回机械能,从而驱动飞机舵面、舱门及其他部件,实现直线往复运动和回转运动。系统中的液体称为液压油,一般为矿物油,具有一定的黏性、化学稳定性、防火特性、压缩性和润滑性等,其主要起到传递、转换能量的作用。液压传动基础原理为帕斯卡原理,即:在密闭的环境中,向液体施加一个力,这个液体会向各个方向传递这个力,力的大小不变。液压传动就是利用这个物理性质,向一个物体施加一个力,利用帕斯卡原理使这个力变大,从而达到举起重物的效果^[2]。在液压传动过程中,液体是一种传动介质,但必须强调,液体需在密封容积中才能起传动的作用。比如说,密闭的容器中,向左侧截面小的平面施加一个压强P1,通过液体的传导后获得一个更大的压强P2,从而托举起重物(图1)。

2液压系统组成

空客A320有三套独立的液压系统及独立液压油箱,分别为绿系统、蓝系统和黄系统(图2)。每个液压系统由一个主泵提供液压压力,绿液压泵与左发相连,主要为飞行控制部件、起落架、刹车等系统提供液压源,EDP工作驱动,将机械能转化为液体的压力能储存在储压罐中,再为执行部件提供压力;黄系统与右发相连,发动机运转即开始提供液压压力,同时为确保单发停车时液压系统仍能持续稳定地提供压力,电马达驱动泵同时开始工作,以保证飞机执行部件、备用刹车、停留刹车及前轮转弯可以正常工作,且黄系统中还包含了手摇泵,主要用于在地面没有其他液压源时开关货舱门;任一发动机运转时,蓝系统电马达驱动泵即 自动工作,主要为飞行控制系统及恒速/马达发电机提供液压能。这三个液压系统主泵通常设置为飞机运行时就一直工作,可从驾驶舱人工关闭。三个系统的油液相互隔离,在客舱、驾驶舱没有液压管道的分布。

液压系统以3 000 PSI的压力向以下系统(表1)提供作动力:

1)襟翼、缝翼、副翼、升降舵、方向舵等飞行控制系统;

2)起落架系统;

3)货舱门、刹车、反推系统等。

在地面使用的货舱门、刹车、起落架和前轮转弯 液压与主油路隔离。

3 常见故障诊断及预防措施

3.1 泄漏问题

飞机液压油渗漏属于机队常见故障,通常是由管路破裂或管路接头磨损或者液压部件本身的封圈/封严渗漏造成的,表征为液压油从各个硬管、软管、接头或执行元件中渗出。漏油点主要处于阀门、管路连接处和密封区等位置,渗漏原因:1)管路安装间隙较小,甚至相互碰擦,在飞行振动过程中造成破损。因此,维修人员在检查时,-定要注意管路与管路之间的距离。2)高应力集中也会导致在部件缺陷部位产生疲劳裂纹,这主要是由安装力矩不正确或封圈的位置不正确等造成。3)部件上的密封圈老化、失效导致泄漏,这主要与密封圈所处的恶劣环境相关^[3]。

以旋转接头为例,根据某航司可靠性网站数据,近五年旋转接头故障更换共计7起,如表2所示。

通过上述统计发现,飞机接头部件较易发生液压油泄漏。由于飞机部件装机时间较长,接头处内部封严老化,飞机飞行时剧烈振动等原因又加剧了封严损坏,最终导致密封失效,接头处液压油渗出。排查液压接头泄漏问题,可采取下列措施:首先,针对液压系统管路的各接头区域,包括接头部件及密封位置,仔细观察是否有油液渗漏的迹象;其次,用无纺布轻轻擦拭检查区域,判断是否为泄漏点,判断擦拭后是否有油渍残留,以便确定具体的泄漏点的位置;最后,根据排故程序,检查管路接头是否有松动,如无松动则拆卸管路接头部件,详细检查部件各个位置密封件是否老化、受损断裂,以找出漏油的根本原因。

建议措施:

1)飞机液压管路在机身中分布广泛,主要集中在飞机发动机、起落架舱、液压舱、前后货舱及各个飞行操控区域,管路布置交错复杂,连接众多系统部件,应定期检查接头密封件的状态和性能,确保密封件无老化、磨损、缺失等情况,发现问题无论程度大小,应及时更换处理,防止因密封性能降低造成液压油泄漏,导致其他系统无法正常操控。比如维修时发现液压油油压过低,可先确定液压泵是否完好并可以正常使用,再利用液压泵给液压系统施加高压,检查管路连接区域是否有渗漏区域,擦干后部件如仍持续渗油,这时需考虑部件密封圈是否失效,如失效应及时更换密封圈或整体附件及油滤,并正确安装保险。

2)航线车间和定检车间应制定相应的油液渗漏的检查方法和检查要求,注意检查起落架舱门作动筒旋转接头,确保其无渗漏、裂纹和损伤;发现舱门作动筒旋转接头处有脱出的钢丝,表明接头内部封严可能存在失效,需及时采取管控措施。必须确保密封件正确安装并紧固,扭紧管路的连接处,以防止松动和泄漏。

3.2 阀门及执行部件问题

阀门及执行元件故障将直接导致液压系统无法正常工作,飞行控制部件性能受到影响,因此及时掌握故障原因并进行诊断,对于维护飞机液压系统至关重要。溢流阀故障包括阀口卡阻无法闭合、弹簧失效或损坏、阻尼孔堵塞等,这些原因都可能导致液压系统的液压流量受阻,影响执行元件的运动^[4]。另外,液压系统中的其他部件,如液压泵、动力转换装置(PTU)、压力组件等出现故障,亦会导致液压系统无法正常工作。

以动力转换装置(PTU,如图3所示)为例,PTU为主要的传输组件,它在液压黄系统和绿系统之间传递液压能,两个系统之间可互相为对方提供液压压力,并且两系统之间的液压油始终保持独立,不会相互融合。PTU的存在可以在一发EDP(发动机驱动泵)失效后保证黄、绿系统都正常工作,也可以在地面维护工作时打开黄系统电动泵为绿系统增压,以完成相关工作。在驾驶舱头顶板液压系统面板上可松开 PTU电门到OFF位断开PTU的工作,也可人工机械脱开PTU上的隔离接头断开PTU的连接。当PTU电门在AUTO位,且黄、绿系统之间压力差超过500 PSI时, PTU便自动工作。当飞机在地面处于以下任一条件时,PTU工作被抑制:1)操作货舱门时;2)只有一发工作且停留刹车在ON位;3)只有一发工作且停留刹车在OFF位且前轮转弯被解除;4)驾驶舱头顶板40VU的PTU电门在OFF位;5)双发工作且空速小于50节(仅适用于NEO飞机)。

通常PTU由于装机时间较长,机械性能老化,可能会存在以下故障:1)持续运转;2)本体渗漏或接头渗漏;3)异响或压力波动。其中压力波动可能原因: PTU转换性能下降或内部机械组件出现问题,导致传输压力不稳定,某个系统储压器出现问题,失去储压器稳定压力的能力,所以导致系统压力波动很大,易造成两个系统中的压差,进而使PTU时断时续。

排查故障时可采取以下措施:1)驾驶舱内观察液压指示器判断压力值是否低于正常值;2)目视检查PTU总管底座及接头是否有渗漏;3)排查密封圈是否老化,如老化可直接更换;4)排查PTU是否存在机械故障,如有可更换,同时需更换PTU油滤及回油滤。

建议措施:根据飞机的可靠性要求,制定相应的维护计划并定期检查,可以提前排查潜在问题,延长液压组件的使用寿命,缩短飞机停场时间,提高飞机使用率,减少航司的维修支出^[5]。定期检查的部件应包括:增压系统、指示系统、存储系统、分配系统等。技术管理室应修订相关操作规范,收集汇总对于执行部件管控不利事件,定期对维护人员进行宣讲及培训,提高工作意识,对维护过程中发现的问题要有“举手意识”,及时上报技术部门。

4 结束语

飞机液压系统是飞机运行中的重要系统,承担着飞行操控系统、刹车等部件实现功能的关键作用,飞机运行时液压系统的安全性、可靠性决定了飞机的安全性能,一旦液压系统出现液压油泄漏、执行元件故障和液压油量过低等异常情况,就会造成飞机长时间停场维修或航班无法正常飞行。

本文通过研究液压系统工作原理以及比对分析实际维修工作数据,针对液压系统工作时易出现的典型故障进行分类及诊断,提出了有效可行的维修策略及预防措施,能进一步保障飞行时液压系统的工作效率,减少停场时间。同时,建议完善维修记录手册,以便建立完整的液压系统维修体系,保障飞行安全。

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2024年第21期第13篇