民用飞机液压能源系统故障模拟试飞实现方法

2016-04-26韩定邦周昌明

科技视界 2016年10期

韩定邦　周昌明

【摘要】液压系统故障试飞是民用飞机适航验证的重要科目，本文介绍了一种在飞机上模拟液压系统故障的装置及其实现方法，并对试飞风险进行简要分析。

【关键词】民用飞机；液压系统；故障模拟；试飞

0 引言

现代民用飞机液压系统是典型的多余度、大功率的复杂综合系统，为保证的可靠工作，大都采用多余度设计，有2套或3套甚至更多套独立的系统，并且系统间可以相互进行能源转换，以保证飞机液压系统的可靠工作。而且大多飞机设计有辅助系统，以保证在应急情况下一些主要操作系统可以工作，保证飞机安全落地。

根据民航适航标准规定，对于飞机系统可能存在的失效情况，必须通过分析，必要时通过适当的地面、飞行或模拟器试验来表明发生任何妨碍飞机继续安全飞行与着陆的失效状态的概率极不可能。

对于液压系统，需通过分析和试验表明，在所有可能发生的故障状态下，影响飞机安全飞行的概率极不可能。液压系统故障试飞需要模拟可能发生的故障状态，本文介绍了一种基于飞机和液压用户安全性要求的、用于液压系统故障试飞的发动机驱动泵（EDP）故障模拟阀设计。

1 条款分析

CCAR 25.1309（c）（d）、CCAR25.1435c（2）条款要求液压系统进行失效条件下模拟试验，验证液压系统的安全性。CCAR25.671（d）条款要求飞机在所有发动机失效的情况下是可控的。因此，需要对可能发生液压系统故障情况进行试飞验证。

2 液压系统的原理及方案

1#系统的压力由一台左发动机驱动泵及一台与其并联作备用的交流电动泵产生。

2#系统的压力由一台右发动机驱动泵及一台与其并联作备用的交流电动泵产生。

3#系统正常工作及应急工作时均只使用一台电动泵，另一台作备用，这两台电动泵可互为备用。当出现双发失效时候，3#系统电动泵改由冲压空气涡轮（RAT）供电。此时，先接通主电动泵的卸荷阀，在RAT启动正常供电后，卸荷阀关闭，主电动泵启动供压。RAT启动期间对液压源的需求由3#系统蓄压器提供。

在1#与2#液压能源系统之间设置一个1#系统向2#系统进行压力转换的单向能源转换装置。该装置主要用于起飞着陆阶段收放起落架时增大2#系统流量用。

3 故障模拟方法

3.1 发动驱动泵故障模拟的原理

故障模拟装置的连接和工作原理如图1所示。

在EDP供压管路上加装二位三通转换阀，在常开位置接通EDP和压力油滤管路。使故障模拟装置在断电状态下保持系统正常工作；在驾驶舱加装控制开关，当该开关合上供电时，二位电磁阀转换，EDP供油管路断开——EDP斜盘自动转到0度——EDP的油量输出为零。此时，由于压力管路关闭，将没有液压油（压力、流量）提供给系统及用户，该状态模拟了EDP故障的状态。当关闭控制开关，二位三通转换阀回到常开位置，EDP向系统的管路接通，供油供压恢复。

由于恢复供压的时候油泵的流量输出为零，同时液压蓄压器的压力已经降低到1800Psi，系统压力低于1800Psi，EDP恢复供压时候需要将对系统和蓄压器逐步充压。因此油路的突然开启不会产生对系统的压力冲击。使用故障模拟装置的时为避免大流量的冲击，需要飞机在平飞状态下保持飞机最小操作，保持系统最小供油的情况下启动转换阀。

3.2 系统故障模拟的原理

电动泵（ACMP）故障模拟则直接使用ACMP驾驶舱控制开关，将其置于OFF即可实现ACMP的故障模拟。

同时关闭ACMP和启动EDP故障模拟装置及实现单套液压系统故障模拟。同时模拟两套液压系统故障即可实现两套液压系统组合故障模拟。

3.3 用电量分析

在故障改装中需要加装的两个二位三通转换阀，单个阀在30VDC时的最大电流为0.75A，两个阀总的最大电流需求为1.5A。机上重要汇流条的备用能力足够。但是考虑最大可能减少电路改装对飞机安全的影响，故拟在进行该项改装时使用单独配置的电源。

3.4 重量重心变化分析

故障改装加装的两个二位三通转换阀，单个重量为1.9LBS，两个阀总重为3.8LBS。两套支架、管路的重量不超过2kg。该部分重量集中在后设备舱中部左、右侧；加装的电路由后设备舱中部到驾驶舱中控台，电路的限制电流为5A，按两套系统总重量约为12kg。该重量均匀分布。电路和油路改装的重量对飞机重量重心的影响极小。

4 试飞风险分析

4.1 油泵性能风险

飞机使用的发动机驱动泵为定压变量泵（现代民用飞机液压泵均采用的是定压变量泵）。该泵在巡航转速时保持3000±100Psi的输出压力的同时根据用户的需求改变所提供的输出油量，发动机驱动泵的输出流量为0～21GPM。即该泵保持3000Psi压力的同时可以不输出液压流量。

定压变量泵在飞机上使用的时候，地面状态下，没有用户动作，其流量输出仅用于液压用户伺服阀的静态流量，如3#系统的静态流量不大于4500CCPM。1#2#系统的静态流量不大于5400CCPM。在空中稳定飞行的时候，飞控用户处于一个稳定状态，由于动作最小，用户流量需求不大。根据EDP设计规范，当流量增加或减少的时候油泵将在0.05s的时间内做出响应。因此，当使用故障模拟装置切断油泵供油的时，油泵将在0.05s内停止对用户供油；在关闭故障模拟装置时，油泵将在0.05s内开始恢复对用户供油。

泵超压主要是由于调压装置节流孔堵塞导致。该（下转第24页）（上接第13页）液压泵发生斜盘卡死导致大流量故障的概率为2.86*10-7，故障发生的概率较小。根据FMEA分析，发生EDP斜盘角不能调至0度的故障（超压故障）的危害等级为IV级。

EDP出口管路上设置有压力测点，用于监测EDP出口压力的状态。当EDP出现故障时，可以及时通报飞行员采取措施进行处置。使得超压故障可知可控。

4.2 系统性能风险

在液压系统中布置有液压蓄压器，其作用之一是吸收系统（含油泵）的压力和流量冲击。当油泵在系统无压启动的时候，油泵的流量将立即调成较大状态，并用于系统和蓄压器的充压，完成充压后，油泵的流量输出将会调成最小状态；当油泵在系统有压启动的时候，油泵只需要极小的流量即可达到正常的工作压力，然后油泵将以最小状态进行工作。在液压地面模拟试验台上已经完成了液压油泵（EDP和ACMP）在增压和非增压下启动的试验，试验表明系统在增压状态和非增压状态启动油泵工作均正常。

由于1#、2#液压系统还有ACMP作为备用泵，保证在EDP不能恢复的情况下，该套系统也不会完全失效，给飞机带来的风险将不大于功能危险性分析（FHA）中规定的单套液压系统故障的风险。根据液压系统功能危险性分析，单套液压系统失效带来的飞机风险为IV类，1#、2#液压系统同时故障的风险为III类。

该飞机液压系统的设计压力为3000Psi，耐压为4500Psi，爆破压力为9000Psi，正常工作时的泄荷阀开启压力为3700Psi，在发现油泵超压后还有适当的反应时间。

上述分析表明，该故障模拟油路为常规的控制油路，在液压系统中大量使用，没有原理性风险。

4.3 操作风险

1#、2#液压系统的故障模拟装置分别设置，可以保证出现两台EDP同时误操作或者故障的风险最低。

系统使用的是断电（常开）即正常的设置，在紧急的情况下可以拔掉断路器。因而电路原理的风险最低。

故障模拟装置由飞行员控制，可以保证飞行员能第一时间处置突发问题，操作风险最低。

4.4 综合试验风险

使用EDP故障模拟装置模拟EDP故障时，飞机风险低于IV类（较小的：失效状态不会明显的降低飞机安全，机组的操作仍在其能力范围内）。

使用EDP故障模拟装置模拟EDP故障，并使用ACMP控制开关同时关闭ACMP模拟单套液压系统故障时，飞机风险为IV类。

使用故障模拟装置模拟1#2#系统故障带来的风险最高为III类（较大的：失效状态会降低飞机的能力或机组处理不利操作的能力，包括明显的降低安全裕度或功能能力，轻微的增加机组工作负担，或个别乘客或客舱机组身体略有不适）。

由于进行故障模拟的时候飞行员预先知道，同时还准备处置预案，可以使飞机迅速恢复到正常状态或者恢复到安全状态，因此无论是EDP故障模拟，还是进行1#2#系统组合故障模拟，对于飞机来说都是可控的，安全的。