吊声液压系统超压告警指示灯闪灯现象分析及试验研究

2015-01-09龚方友马江华熊子奇

声学与电子工程 2015年3期

关键词：容腔声呐绞车

龚方友马江华熊子奇

（第七一五研究所，杭州，310023）

吊声液压系统超压告警指示灯闪灯现象分析及试验研究

龚方友马江华熊子奇

（第七一五研究所，杭州，310023）

分析航空吊放声呐系统中的液压系统超压告警指示灯闪现象的原因，提出了多种解决措施，并通过试验验证了原因分析的正确性和措施的有效性。

吊放声呐；液压系统；超压告警；绞车

航空吊放声呐系统工作时，航空液压绞车通过直升机平台提供的液压源，将声呐探头高速下放到指定深度进行探潜任务，探潜结束后再将声呐探头高速回收就位。吊放声呐液压系统（简称吊声液压系统）是直升机液压系统的重要组成部分，系统超压是一个非常敏感而且较难解决的问题，因为液压系统超压易引起油管爆裂及液压元件损坏，从而危及直升机平台的安全。本文针对某型吊放声呐试飞过程中出现的液压系统超压告警闪灯现象进行了分析和试验研究。

1 系统组成及原理

吊放声呐液压系统原理图如图1所示。系统主要由三部分组成：机上液压源、底座、绞车。机上液压源由直升机发动机提供动力，发动机通过主减带动液压泵转动；液压泵进油口从油箱吸油，从泵出口泵出高压油。液压泵压力自调泵，通常也称为恒压泵，当系统没有流量需求时自动将排量调到最小，而维持泵出口压力为设定值；有流量需求时，泵出口压力下降，泵自动将排量调大以维持泵出口压力为设定值。系统管路中设有一个超压压力开关，设定值为P1，当管路内压力超过P1时，超压压力开关很快闭合，接通驾驶舱内主警告板上超压告警电路，告警灯点亮。

图1 吊放声呐液压系统原理图

飞行员通过操作可将控制电磁阀置于旁通状态，液压泵产生的高压油直接通过电磁阀流回油箱，系统压力随即降低。如果飞行员来不及反应，或其它故障导致系统压力继续升高，系统压力超过安全设定压力值P2时，系统中的安全阀会自动打开，液压泵产生的高压油可直接通过回油管路流回油箱，从而可以保护吊声液压绞车附件以及直升机的安全[1]。

绞车底座通过液压软管和自封接头与机上液压源接通，电磁阀可以接通和切断到绞车的高压油，高压油滤可以滤除油液中的污染颗粒，以保护绞车中的电液伺服阀，避免电液伺服阀卡滞带来误动作。电磁阀接通后，高压油经油滤到达电液伺服阀和松刹电磁阀的入口，通过绞车控制盒接通松刹电磁阀打开刹车，然后给电液伺服阀控制电流，打开阀口，控制液压马达转动，液压马达通过减速器带动鼓轮转动进行收缆或放缆。

2 超压告警闪灯现象及分析

某型吊放声呐在试飞中发现，绞车在由上限位下放水下分机时出现液压系统超压告警指示灯出现闪灯一次，继续下放时无此现象，回收时也无此现象，该现象重复出现。上限位下放与不在上限位下放的差别：前者控制系统自动切断了电磁阀，上限位下放时，先接通电磁阀，再进行下放；而不在上限位下放时没有接通电磁阀的动作。是否在接通电磁阀的瞬间，压力冲击触发了超压压力开关呢？再次地面开车检查发现，绞车总电磁阀开启前，系统压力表指示值为P3，电磁阀开启瞬间系统压力表指针瞬间达到最大指示，随即下降稳定在P3，比超压门限低2.5 MPa，与此同时出现了超压告警指示灯闪灯。

为了查明超压告警闪灯的原因，在实验室条件下模拟了电磁阀切换时系统图管路内压力波动情况。

1）在接通液压源总电磁阀时，单向阀后管路内压力变化情况如图2所示。电磁阀接通时压力传感器测得超调电压约为1.2 V，对应压力超调值为6.24 MPa。

2）接通绞车底座上绞车电磁阀时，单向阀后管路内压力变化情况如图3所示，可见电磁阀接通时压力传感器测得超调电压约为0.5 V，对应压力超调量为2.6 MPa。

图2 液压源总电磁阀接通时压力变化情况

图3 绞车底座上电磁阀开启时压力变化情况

从上述测试可以看出，直升机液压总电磁阀接通产生6.24 MPa的压力波动，绞车电磁阀接通产生2.6 MPa的波动。在直升机上静态压力为P3，告警压力为P1，允许波动范围为P1−P3=2.5 MPa。因此，直升机液压总电磁阀、绞车电磁阀接通会造成超压告警。

在封闭容腔中压力变化量与容积变化量有如下关系[2]：

式中，Δp为容腔内压力变化量；E是油液弹性模量，为一常量；ΔV为容腔内油液体积变化量；V为容腔总容积。为研究方便，将电磁阀开启对系统压力的影响分解为以下三步：

●电磁阀开启；

●高压腔容积由V1增至V1+V2，系统压力由P3降为P4；

●恒压泵排量增大，往容腔V1+V2内补充高压油，高压容腔压力升高至P3，泵排量减小直至几乎为零，由于泵的响应有滞后，达到压力P3后不会立即关闭，还会往容腔内泵油，从而产生压力超调，随后形成震荡，在这段管路内形成了压力冲击现象。P4越小，泵的初始排量越大，压力冲击越强。因此可以通过增大P4来减小压力冲击。

下文研究前两个过程中容腔压力情况。高压容腔简化模型如图4所示，电磁阀将容腔一分为二，每个容腔的三个参数分别为：容腔容积、初始压力、终了压力。对电磁阀后的容腔压力变化量为：

将式（2）代入式（1）得电磁阀后容腔产生压力变化量P3所需的容积增加量为：

以电磁阀前的容腔V1为研究对象，电磁阀开启后，容腔体积减少量为：

容腔压力减少量为：

结合式（1）、（3）、（4）、（5）可得系统压降为：

由于V1＋V2基本为定值，所以，阀后容腔V2越小，系统压降越小，P4越大，泵的初始排量越小，系统压力冲击越小。前面的测试结果也印证了这一点：总电磁阀后容腔比绞车电磁阀后容腔大，开启所产生的压力冲击也大。

图4 简化高压容腔

3 问题解决措施及试验情况

针对上限位状态下放出现超压告警，基于上述分析，只要不出现开电磁阀的动作，即可消除超压告警。因此更改绞车控制程序，在绞车回收到上限位时，不自动切断电磁阀，而是在声呐飞行任务开始前手动接通电磁阀，飞行任务结束后，手动切断电磁阀。

上述措施虽然解决超压告警闪灯的问题，但是开电磁阀是系统压力冲击导致超压仍然存在，要彻底解决压力冲击有如下方案：

1）可考虑将液压源供油压力调低约4 MPa，由试验室模拟情况可见，压力调低后开启总电磁阀和电磁阀压力峰值均不会超过超压告警门限，不会出现超压告警；

2）在单向阀后的管路内增加一蓄能器，以吸收压力波动，但是会增加重量。

3）减小电磁阀后的容腔体积。

方案1）和方案2）虽然能解决超压问题，但是均需要对直升机平台进行改动，容易带来派生的问题，因此，还得从绞车寻求解决措施，即通过方案3）来解决。

为了验证实际效果，在实验室通过将油滤从电磁阀后拆除，直接用管路短接。电磁阀开启时传感器测得超调电压为0.2 V，对应压力超调量为 1.04 MPa，如图5所示。相比之前的2.6 MPa，压力超调量下降了60%。可见减小阀后容腔容积对减小开阀瞬间的压力冲击效果是明显的。考虑到系统的伺服阀需要油滤保护，可将油滤移到电磁阀的前面。改进后，通过实测，不再出现超压告警闪灯现象。