民用客机液压能源系统的发展趋势

陈才

【摘 要】本文对民用飞机液压能源系统的发展趋势进行了总结概述。

【关键词】民用客机；液压能源系统；发展趋势

0 前言

液压传动具有运行平稳、稳定性高、响应快、功率体积比大等优良特性，在民用飞机领域应用非常广泛，扮演着非常重要的角色。

随着多电技术、信息技术、自动控制等相关领域的发展，液压能源系统及液压子系统（如飞控系统、起落架系统、刹车系统）本身的技术进步，使得民用飞机液压能源系统也在发生变革，轻量化、智能化、高维护性、高可靠性是民用客机液压能源系统发展的最主要驱动力，高压化、应用多电技术等是主要的发展趋势。

1 高压化

高压化体现在采用5000Psi的压力等级。A380、A350、787飞机成功采用了5000psi液压系统，其主要的目的在于飞机减重和提高系统的维护性。

根据《Airplane Actuation Trade study》研究资料显示，如下图1所示。图1中横坐标为系统压力，纵坐标为>3000Psi压力时系统重量与3000Psi系统重量的对比。由图可知，随着压力体制的提高，系统重量减轻，5000Psi系统重量约为3000Psi系统的81%，重量减少了19%，重量包括了液压能源系统、管路、液压接头、飞控作动器、起落架作动器、舱门作动器等所有与液压源相关的设备，并包含了液压油的重量。

同时，ARP4752《（R）Aerospace-Design and Installation of Commercial Transport Aircraft Hydraulic Systems》中明确说明，相对于3000psi液压系统，更高压力等级的压力体制将会减少系统重量和安装空间，安装空间的减少意味着航空公司维修方便，维修性提高。

2 应用多电技术

随着多电技术在民用航空领域的广泛发展，在传统液压能源系统上也有了全新的应用，最主要的体现在电作动器和局部液压包的应用上，虽然其最终做动部分仍然是液压驱动，但是在能源的输入以及液压设备架构上产生了巨大的变化。应用多电技术主要体现在下列两个方向。

2.1 电作动器

主要体现在飞控系统作动器上，传统的作动器为电液压伺服作动器（EHSA），通过纯液压能源系统进行液压驱动。而现代民用飞机上采用了电作动器EHA/EBHA，EHA内部机理为液压作动，但是需要電源驱动；EBHA内部机理为液压作动，正常工作时候采用液压能源系统的液压源为动力源，在非正常情况下采用电源做动动力源。A350和A380上采用了电作动器EHA/EBHA，787飞机上电作动器采用了EMA。

2.2 局部液压包

传统液压系统采用三套液压子系统，液压管路遍布飞机全身。采用局部液压包，可以形成局部液压系统，局部液压系统控制局部区域的作动器，这样减少了管路的布置。局部液压包有电机、液压泵、油滤、油箱、单向阀等主要设备构成，以电源为输入，包括了典型液压系统的元件。A380飞机采用了局部液压系统，在机翼起落架刹车、前轮转弯、以及机身起落架刹车三处采用了局部液压包。

3 泵源控制方式

液压能源系统最主要的故障是液压油泄漏。液压系统是一个清洁度要求非常高的系统，对密封性的要求极高，但是由于液压系统作动器的作动行为以及全机上千根导管的连接，导致泄漏是液压系统的最主要的失效模式。尤其是大泄漏会对液压系统的发动机驱动泵（EDP）产生巨大的影响，从而导致EDP内部泵的干磨，一旦EDP被干磨，航空公司将会对液压系统进行清洗，影响飞机的派遣率。目前主流飞机的EDP采用的是使用Block Valve的形式，通过阻断EDP出口的压力管路从而保护EDP，而实际情况是，由于EDP一直随着发动机在旋转，且EDP内部仍然存在压力，依然能够通过壳体回油管路排除液压油，导致系统温度升高、干磨问题不能完全解决等问题。目前从A350和A380的经验来看，在系统失效的情况下，为了保护系统，完全将EDP与发动机齿轮箱隔断，从而保证EDP不会干磨，进而不影响到整个系统。EDP与发动机齿轮箱隔断这种模式的设备复杂，造价昂贵，但是液压系统泵源控制的一种方向。

4 系统软件进驻IMA

由于IMA技术的成熟，以及IMA独特的减轻飞机重量、减少资源的重复配置、强的容错能力和检测能力、高可靠性等技术优势，使得IMA越来越受到重视，而A350和787飞机的液压能源系统控制单元全部进驻IMA。液压能源系统只需要提供软件，而不需要任何的电子硬件。

液压能源系统由于其自身的控制特点，比如没有响应时间的特殊要求、控制相对容易简单，从而具备进入IMA的优先条件，从而进驻IMA系统也成为了发展趋势。

5 健康管理系统

健康管理是一种在线诊断系统，即飞机在整个飞行过程系统的重要零部件进行监控，并实施预警，在设备或者系统失效之前，提示航空公司地面机务人员对零部件进行更换或者维修。

目前的健康管理技术主要通过数据采集、故障预测模块、状态评估/对比模块、故障预警来实现。通过对重要参数进行及时监控并与经验数据以及失效状态数据进行对比，掌握系统元件的工作状态，及时了解飞机性能衰减的变化规律，监测在系统元件发生故障或将要发生故障时提供警告信号或提供维修提示，从而预测典型系统及其关键部件的故障发生时间。

对液压系统而言，最主要的设备就是泵，针对泵的研究，目前液压系统泵源主要供应商Parker公司和Eaton公司对液压泵状态监控系统均开展了相应的研究。

健康管理系统的应用将最终提高飞机的应用率，降低飞机运营和服务成本。

6 总结

以上几个方面是目前民用飞机液压能源系统的主要发展方向，把握其发展方向就把握住了系统的先进设计理念和前沿发展技术，对民用飞机的设计研发具有重要参考意义。

【参考文献】

[1]刘卫国，宋受俊，骆光照，王康，王铮.液压能源集成技术研究概况及发展趋势[J].微机电，2012，3.

[责任编辑：田吉捷]