液压冲击及飞机液压系统的缓冲措施

魏 映，王绪奇

（空军第一航空学院航空机械工程系，河南 信阳 464000）

液压冲击及飞机液压系统的缓冲措施

魏 映，王绪奇

（空军第一航空学院航空机械工程系，河南 信阳 464000）

从日常生活入手，阐述了液压冲击的危害，分析了产生的机理，对液压冲击值进行了估算，并结合飞机液压系统，阐述了减小液压冲击的具体措施。

飞机；液压冲击；流量；缓冲

日常生活中，开大的水龙头被迅速关闭时，有时会听到水在管道中猛烈的冲击声，并伴随着水管振动，这就是液压冲击。

在液压系统中，当油液迅速换向或滞止时，系统内就会产生压力的剧烈变化，形成瞬时的压力峰值，造成系统的振动、噪音等，这种现象称为液压冲击。液压冲击的危害主要有4个方面：

（1）系统中的部分元部件如管道、仪表等，因受到过高的液压冲击力而遭到破坏，一般来说，液压冲击力可以达到普通工作压力的3～4倍。

（2）系统的可靠性和稳定性，会受到液压冲击的影响，如压力继电器会因液压冲击而发出错误信号，干扰液压系统的正常工作。

（3）系统在受到液压冲击时，发出较大的噪声和振动，并可能令连接件松动和压力阀调节压力改变，并出现泄漏。

（4）在液压冲击过程中，导管中形成的高频率的重复载荷，容易使导管疲劳损坏。实验表明，某种导管在承受静载荷时，使它破坏的油液压力高达50～60MPa，但在高频率的重复载荷作用下，油液压力为7.5～10MPa时，导管就可能损坏。

目前，飞机的液压系统正向在高压、大流量方向发展，液压冲击产生的后果更严重。因此，对于飞机的液压系统来说，了解液压冲击产生的原因和预防液压冲击很重要。

1 液压冲击产生的原因

液压冲击的主要原因，是油液流速发生急剧变化。流速容易急剧变化，主要有以下几种情况：阀门的骤然关闭和开启，部件运动到终点，元件反应动作不灵敏，液压泵工作不正常等，这些情况，液压系统内部都会产生液压冲击。

阀门骤然开启时，液压泵输出的油液，经过阀门进入动作筒，推动活塞运动。此时，如果阀门骤然关闭，液体流速将随之骤然降低到零，在这一瞬间，液体的动能转化为压力能，使液体压力突然升高，并形成压力冲击波。

迅速打开阀门的瞬间，液压泵到动作筒的一段管路内，也会产生液压冲击。由于动作筒所带动的部件具有惯性，打开阀门的瞬间，不能立即作相应的运动。这时，液压泵输出的油液迅速向管路内原有的低压油液传递压力，使之逐层受到压缩。所以在极短的时间内，油液能依次向动作筒方向移动微小的距离，并依次取得一定的速度。当这个速度传到动作筒的活塞处，由于受到活塞的阻挡，速度突然减小，从而产生了液压冲击。动作筒所带动的部件越重，则惯性越大，油液在活塞处的减速度越大，管路中的液压冲击也就越剧烈。

部件运动到终点时，动作筒活塞突然停止运动，油液的流速也突然降低为零。这时，从液压泵到动作筒的整个管路内，就会产生液压冲击，冲击情况与突然关闭阀门相似。

液压系统中某些元件反应动作不灵敏，也可能造成液压冲击。如限压式变量泵，当压力升高时不能及时减小排量，而造成压力冲击；溢流阀不能迅速打开，而造成过大压力超调等。

2 液压冲击值的估算

液压冲击属于管道中液体非定常流，是一种动态过程。其影响因素甚多，可用估算方法确定冲击压力值。从液压冲击的过程可以看出，液压冲击的压力波可分为压缩波、放松波、拉松波和恢复波这4个过程，压缩波引起的压力增加值Δp最大，下面估算液压冲击时的压缩波的压力增加值Δp。

图1 液压冲击形成过程中的压缩波

图1所示为阀门突然关闭时，液压冲击形成过程中的压缩波。图中mn这层液体，其右边m—m截面处的压力为p0+Δp，左边n—n截面处的压力为p0，液体层的流速为v0，在Δt时间内，作用于液体层上的外力P沿流动方向的冲量为

由Δp的表达式可以看出，液压冲击所产生的压力增量Δp，与油液密度ρ，流动速度ν0和压力波在液体中的传播速度c成正比。

根据理论计算

其中，

Ey为液体的体积弹性系数；

E为导管材料的弹性系数。若将管壁看作是绝对刚性的，则

如果采用的导管是钢质的，E=2.14×105MPa

3 飞机液压系统的缓冲措施

从冲击力的估算可知,延长阀门的关闭时间，降低导管内液体的流动速度，缩短阀门到油箱间管路的长度等办法，都可以减轻液压冲击。液压系统中用来缓冲的方法较多，飞机液压系统采用的缓冲方法，主要有以下数种。

3.1 液压泵设计为变量泵

飞机的液压泵，通常由发动机带动工作，将机械能转换成液压系统的液压能，保证起落架、减速板等传动部分的正常工作。传动部分工作完毕后，油泵的出口压力达到最大值，油泵内的流量调节机构自动将供油量调节到零。传动部分工作时，液压泵出口压力降低，其供油量逐渐增大，这种液压泵可以减小传动部分工作时，由于流量的突然变化，造成的较大的液压冲击，同时可以避免浪费发动机功率。

3.2 在液压源中设置蓄能器、安全阀、缓冲瓶等缓冲附件

飞机液压系统液压源中设置有蓄能器、安全阀、缓冲瓶等缓冲附件。蓄压器可储存一定能量的油液，能吸收脉动压力，防止液压撞击。

蓄能器对液压泵工作时，注油量脉动引起系统压力脉动，及飞机液压电磁突然打开或作动筒突然停止时产生的撞击，具有较好的改善功能。

安全阀防止系统压力过高，当液压泵自动调节失效或液压冲击产生较高压力时，安全阀工作，防止系统压力过高。

缓冲瓶亦称亥姆赫兹共振器，其具有减震功能，一般安装在液压泵的出口管路上，当液压泵的出口管路压力脉动频率与缓冲瓶固有频率吻合时，缓冲瓶将产生谐振，吸收管路的脉动能量，使管路压力平稳。

3.3 控制管路中油液流动速度

从液压冲击所产生的压力增量Δp公式可以看出，管路中流速越大，则部件工作终止时产生的液压冲击越大。因此，飞机起落架的收放管路、减速板的收放管路等传动部分，在其电磁开关出油口处设置有节流器，限制其管路的流量，降低流动速度，保证其收放工作平稳，避免较大冲击。起落架收放管路中为确保放起落架不产生较大冲击，在起落架收放管路中，还设置有单向限流活门，限制放起落架的回油流量，提高回油阻力，控制放下速度。

3.4 改进部分液压附件的结构

产生液压撞击的根本原因，是液体流速急剧变化，而撞击的程度(即Δp的大小)，又依油液流速变化的急剧程度而定。液压系统中，油液流速总会因液压泵转速和系统工作状态的改变而变化，因此液压撞击是不可避免的。但是，飞机液压系统中的某些附件，从构造方面采取了一些措施后，可以减小油液流速的变化，从而减弱液压撞击。

例如，液压电磁阀，通常都把操纵配油柱塞移动的油路做得很小，使配油柱塞移动得慢一些，就是为了在配油柱塞打开和关闭油路时，使管路中油液流速改变得慢些，以减轻液压撞击。有些老式电磁阀、衬筒、配油柱塞上开有小孔，有的配油柱塞上还开有缺槽，这样可以减缓在配油柱塞打开和关闭油路时，管路中油流速的变化，减轻液压撞击的作用。

4 结束语

液压冲击是液压系统中的常见现象，其产生的冲击力在绝大多数情况下是有害的，冲击值的大小，一般用估算方法或实验方法获得。为减小液压冲击，设计液压系统时，需根据不同的情况，采用不同的缓冲措施。

[1]李洪人.液压控制系统[M].北京：国防工业出版社，1981.

[2]杨培元.液压系统设计简明手册[K].北京：机械工业出版社，1993.

[3]杨国桢.飞机流体传动与控制[M].西安：空军工程学院，1987.

[4]汝少明.歼强飞机构造学[M].北京:海潮出版社，2006.

Damp Measures of Hydraulic Impact in Aero Plane Hydraulic System

WEIYing,WANGXu-qi
（Aeronautic Mechanical Engineering Department,The 1st Aeronautic Institute of the Air Force,Xinyang Henan 464000,China）

The paper expounds the harm of the hydraulic impact from daily life.The cause of formation of the hydraulic impact is analyzed,and the hydraulic impact value is estimated.Finally the damp measures are discussed in the aero plane hydraulic system.

aero plane;hydraulic impact；flux;cushion

V233.91

B

1672-545X（2011）08-0187-03

2011-05-11

魏 映（1977—），女，河南信阳人，讲师，硕士，主要从事液压传动与控制方面的科研与教学工作。