飞机液压系统的现状与发展 高亚奎 （西安飞机设计研究所西安７１００８９）
摘要文章从飞机液压系统构型、附件、分析工具、故障诊断、试验方法等方面介绍了飞机液压系统的最新发展，提出飞机液压系统面临的挑战及迫切需要解决的问题。关健词液压系统、发展、挑战
１概述 飞机液压系统是飞机主要的机载系统之一。现代飞机的主操纵系统和辅助操纵系统
的控制与执行机构都以液压作为能源，以液压作动器或液压马达作为执行机构。如波音７７７飞机的液压系统由三个独立的工作压力为２０． ６ＨＰａ的系统组成，作为飞行控制、增升装置、推力反向器和起飞着陆操纵系统的能源。液压系统的性能、稳定性、可靠性直接影响飞机的操纵性和安全性。近年来，随着军、民用飞机性能需求的不断提高．飞机液压系统在构型、分析方法等方面有了长足的发展，系统由低压向高压发展，由小功率向大功率发展，与之相应的液压附件、故障诊断及试验等也有较大的发展。由于液压系统的发展能够比较满意地适应飞行性能的发展需要，因而越来越显示出液压系统所具有的稳定性好、响应快、效率高、抗干扰能力强的优点。２高压及变压力液压系统 液压系统在飞机上的应用己有几十年的历史，随着飞机性能的提高和液压附件的发展，其系统压力由低压向高压发展，如Ａ２４飞机液压系统压力为１４． ＤＩＮ， Ｆｌ ４为２０． ６１１Ｐａ．Ｓ－２７， Ｓ－３０， Ｂ－１Ｂ为２７ＡＭＰａ． Ｙ２２， Ｆ１８为３１． ＯＮ，国产飞机教六、运七为１４．７ＭＰａ，歼六、歼七、歼十、飞豹为２０． ６ＭＰａ，歼１１为２７． ４ＭＰａ等。飞机液压系统压力的提高是建立在液压附件高压密封、发热等关键技术解决的基础上，是由飞机性能需求而牵引的。因为不论是大型运输机，还是高机动性战斗机，高压力液压系统都会给飞机性能带来非常可观的好处。 随着飞机性能的不断提高，不论是运输机、轰炸机还是战斗机对液压系统功率的需
圈ｔ战斗机双压力液压系统逻辑关系求都有较大的提高，如Ｃ－１３０运输机液压系统的功率为６０马力。Ｃ－１４１为１８０马力，ｅ－５为６８０马力，Ｃ－１７为８５０马力；Ｂ－５２轰炸机为１３５马力，Ｂ－１为１２４０马力，Ｂ－２为１５１０马力：Ｆ－５战斗机为３０马力，Ｆ１１１为３００马力，Ｆ－１５为４００马力。ＹＦ－２３Ａ为６００马力，Ｙ－２２为７５０马力等。液压系统功率的提高，保证了飞机高效的操纵功能与操纵速度。 大型运输机、轰炸机需要大功率的液压系统，高压力大功率液压系统比低压大功率系统节约大量的重量，从而提高飞机的承载能力。高机动性能飞机一方面需要尽可能薄的翼面以提高翼面效率，减小阻力，同时需要轻的空机重量以提高机动性，这就需要飞机作动器尽可能地小而轻，在确保物出功率和速度的情况下，高压力液压系统是最有效的措施。 高压力液压系统存在的热辐射消耗大、系统密封困难、高压疲劳损坏严重一直是人
们研究并希望解决的问题。有幸的是实际飞机执行飞行任务期间，高压力使用只是在很
短一段时间，如运输机的起飞、着陆过程．战斗机在起飞、着陆以及大机动飞行过程，。这就给问题的解决提供了有利的条件，当需
要大功率愉出时，系统工作在高压状态；当需要小功率输出时，系统工作在低压状态下，这就是变压力液压系统。如战斗机双压力液压系统的逻辑关系可设盆成图１所示。 当然。变压力液压系统具有节约系统能量，提高ＮＰＢＦ值，减少热辐射等优点。而其带来的系统复杂、阀门‘、Ｋ，值的改变为系统设计和飞行员的使用带来了不便，这些问题有待于进一步的研究。３集成化、致字化液压附件 最早的飞机液压系统是由非常简单的液压附件组成，执行着非常简单的操纵任务，附件之间经过硬管或软管相联接。随着飞机操纵功能的不断增加，液压系统才广泛地得到应用。飞机起飞着陆、机动飞行、发动机尾喷口调节都以液压作为能源。使得液压系统在飞机重ｔ中占有相当比例。控制阀门与执行附件的集成有利于减少液压系统管道连接，从而减轻系统重ｔ．降低制造成本，提高系统的ＹＭＰ值和改善维护性。目前应用比较成熟的小功率驱动将舵机、助力器以及控制单元组成智能舵机，大功率驱动部位将泵源、油滤、油缸、阀门、舵机、助力器等继承为自主式舵机。减少了系统ＬＲＵ单元、大量的管道铺设和附件的安装，简化了相应的结构设计。 液压附件的数字化主要表现在近年来开始研究的灵巧作动器上。作动器是飞行控制系统的重要附件，商压力作动器减少了作动器的体积，降低了作动器的重ｔ，为提高战斗机的机动性发挥了重要作用。但是一般的模拟式作动器由于控制信号的模拟传输，附件的抗干扰能力较差，而数字式作动器将智能控制器与数字作动器集成为一体，作动器本身具有智能化的控制功能，可以直接接入全电传飞机，而阀门的开度增ｆ与温度，压力与负载变化没有关系，因此提高了作动器的性能，从而改善了飞机的操纵品质。智能式液压附件为液压系统进入机械系统的综合数字控制莫定了基础。４面向旅理胭的设计分析工典 伯努利方程为流体力学其定了理论荃础，而液压系统是流体力学应用最为广泛的工程领域。液压系统由一般的液压传动发展成为电液伺服操纵，扩大了应用领域。但是液压系统设计方法由物出功率的压力流ｔ稳态计算发展成关注液压系统动态过程的动态计算，计算手段由黑匣子式的程序计算到具有友好人机界面的图形化仿真软件。目前流行使用的有一下几种： ．ＨＹＴＲＡＮ由麦道公司和美团空军航空推力装里实验室在７０年代联合开发．后来使用该软件的公司对其相应地进行了应用与改进。我国０年代初引进该软件，有关学校、院所对其进行了开发，先后用于运十、歼七Ｅ、飞豹飞机的研制中。该软件由Ｆｏｒｔｒａｎ编程，是一个没有任何图性界面，使用起来不太方便。后来在０年代末该软件也增加了人机界面， ．真工具，
但国内无人对其进行研究。ＥＡＳＹ５由波音公司开发，应用于波音系列飞机的研制，它是一个通用的工程仿
具有专门的飞机液压附件库。它还可用于液压系统、气压系统、环境控制系统、
拉蒯已ｊ洲幼决机械系统、热力系统、电力拖动系统、多相流系统、发动机等。同时软件具有与ＳＩＭＵＬ工ＮＫ，ＤＡＤＳ， ＮＡＳＴＲＡＮ， ＢＥＡＣＯＮ， ＶＡＴＡＮＧＦ等集成，目前国内具有较多用户。 ．ＦＬＯＷＭＡＳＴＥＲ由英国液压机械研究协会开发。开发目的主要是用于液压系统的稳态分析。没有特别地考虑飞机液压系统。但是该软件确实应用于飞机工业，空中客车公司将其用于飞机。配水系统和燃油系统的仿真。软件包括稳态分析、动态分析、热传导稳态分析、热传导动态分析、可压缩稳态分析、可压缩动态分析、高压稳态分析、高压动态分析、高压稳态热传导分析、高压动态热传导分析等模块，该软件已引入国内，但目前尚无用户。 ．ＣＡＥ由德国汉堡大学开发，主要用于飞行控制系统及液压系统计算机辅助工程分析，软件具有计算铰链力矩、舵机偏距速度功能，能够根据正常和故障状态下的操稳特性，确定飞机系统构型；计算飞行控制作动系统所需的安装空间，计算飞行控制作动系统静动态设计参数，液压系统稳态计算等功能，该软件没有引入国内。 以上各分析软件的开发初期具有相应的目的，但是随着使用的不断深入，版本也在不断升级，功能不断强大，ＥＡＳＹ５， ＦＬＯＷＭＡＳＴＥＲ已经设计流体、计算的各领域，ＢＹＴＲＡＮ只用于液压系统计算中，ＣＡＥ应用飞行控制系统和液压系统的仿真计算中，以上软件的应用需要准备大量的产品结构数据或外部特性数据，这是计算的基础。根据作者对以上软件的了解和分析，认为真正作为液压系统工程分析的有效工具为ＥＡＳＹ５和ＣＡＥ．５实时故降诊断与自修液压系统 据统计，飞机故障中有相当的比例是由液压系统引起的，这些故障大多包括阀门卡死、漏油或渗油、电磁阀不能动作、单向阀堵死等。这些故障经常会引起飞机某些操纵功能的丧失，甚至造成机毁人亡的事故。因此飞机设计中对于重要的危及飞机安全的操纵部位在备有液压正常操纵功能外，都备有应急的液压能源或气源，多余度设计是系统再修复功能的一种体现。自修复舵机的问世是解决故障再修复的一种有效措施。舵机是飞行控制系统最重要的附件之一，多余度舵机的问世大大提高了飞行控制系统的可靠性。６综合化液压系统试验方法 飞机液压系统试验分附件试验、系统原理性试验及全机液压系统功能验证性试验。液压系统附件试验由过去的专用试验台向综合化试验台发展。以前研制的液压泵试验台、舵机试验台、作动器试验台及其它类似的附件试验台，分析液压系统附件由泵到执行机构，每一个附件的试验都需要其它附件的配合。执行机构试验需要液压泵作为能源，液压泵试验需要作动器模拟载荷等。因此，针对某一型号飞机或几种型号飞机可以做出功能比较完替的综合试验台．这样可以节约大量的经费、人力与财力，同时可在此试验台上分析系统的基本特性。 液压系统原理性试验是在飞机液压系统设计过程来验证各子系统设计原理。及时修改设计。这种试验是必不可少的。试验时尽可能模拟飞机局部系统的安装结构。 液压系统全机功能性试验由原来的基本功能试验、故降模拟试验。发展到目前的飞行剖面试验。充分发挥计算机功能，对所有飞机操纵过程模拟，按照典型的飞行剖面进行顺序控制。实现了实时控制与实时检测。７发展与展望 飞机液压系统以其功率／重量比大、响应快、稳定性好为飞机操纵系统提供了有效的能源，飞机技术的发展推动了液压系统的发展，同时也越来越看到其发展的前途。但是随着飞机机动性的提高，迫切需要高效率液压系统，液压系统所表现出的噪音大、故障率高的缺点越来越明显，飞机电器系统重显的减少，特别是稀土永磁电机的问世使液压系统功率／重量比大的特征越来越不明显。因此飞机液压系统目前面临着强大的挑战，多年来从事飞机液压系统研究的人员在电液综合方面做了大量的研究工作，使液压系统飞速发展，高效率、小重里液压系统的问世很有希望。从本质上说，研制出高效可靠的液压系统是液压系统研究的方向；具体地说，今后液压系统发展及待解决的问题为机械系统部件（泵、活门等）
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的意义。但是，变压力液压系统必须根据实际飞机飞￣－一ｒ一’－－一’一一行任务的状态确定控制逻辑，这使得液压系统的控制逻辑变得复杂。因此，从事液压系统工作的人员必须认真分析飞机任务，研究控制策略，这种控制在液压系统进入综合控“后犷爵，热、。：是液压系统一直存在的问。，这些问。一直处于研究之中·
但仍存在。是必须进一步研究的问瓜。研制性能良好的过滤元件，研究较好的密封元件，减少｝｝竖麒Ｌ １１ｐ７１｝Ｇ７＂ＦＪ７Ｇ撬系统附件集成化、。化的典型代表·‘压系
统与机械系统的综合控制，首先需要的是类似附件的综合化与数字化，因此尽快开展灵巧作动器的研究为国内下一代战斗机和大型运辘机做好技术上的准备。