A380飞机液压源系统的研究与启示

程海龙

【摘 要】通过研究先进的A380飞机液压源系统，探明未来民用飞机液压源系统先进技术和发展趋势，为我国民用飞机液压源系统的研制提供启示。

【关键词】A380；民用飞机；液压源系统

0 引言

飞机液压源系统用于为飞机上液压驱动的活动部位提供液压动力，主要用于飞机起落架系统、飞行控制系统、舱门、发动机反推等的操纵，对飞行安全起着重要的作用。飞机上一般布置相互独立的、能够连续工作的左右两套液压源系统，其管路布置也需要相互隔离，以提高总体系统的可靠性和飞行的安全性。作为先进民用飞机的代表，A380飞机的液压系统设计折射出现代飞机液压源系统的先进技术和发展趋势。

1 系统概述

A380飞机液压源系统包括两套由八台发动机驱动的液压泵（EDP）和四个带电控和保护系统的5000psi（磅/ 平方英寸）交流电动泵的主液压系统，以及由电动液压作动筒和备用电动液压作动筒组成的备份系统。主液压系统分别为绿色液压系统和黄色液压系统，各套液压回路同时工作，并且回路之间没有油液转换。A380飞机液压用户包括飞控系统、起落架系统以及货舱门系统等。绿色液压系统架构如图1所示，其中Reservior为系统油箱，ENG PMPS为发动机驱动液压泵，ELEC PMPS为电动机驱动液压泵，FIRE SHUT-OFF VALVE为油箱防火切断阀，HSMU为系统监测单元。

2 先进技术

2.1 余度技术

随着现代飞机性能的不断提高，其对液压系统的安全性和可靠性提出了更高的要求。提高液压系统及其附件的安全性和可靠性成为现代先进民用飞机液压系统研究的重要方向。通过采用余度设计能够很好地达到提高系统的可靠性的目标。

为了保证飞机的安全和可靠，现代飞机液压系统普遍采用了余度设计，具有多个独立的液压源系统。如波音737飞机、空客A320飞机都是采用了三套独立的液压源系统，而波音747飞机则采用了四套独立的液压源系统。对于三余度的液压源系统，当一套系统发生故障后，另两套系统能够正常工作，保障飞机的正常飞行；如果两套液压系统发生故障，第三套系统仍能够保证飞机安全降落。

A380飞机采用了绿黄两套液压油路，“二液压+二电”（“2H+2E”）的系统架构，包括两套主液压源、两套备份液压源以及辅助液压源。主液压源由发动机驱动泵提供正常工作的5000PSI压力，其中每个发动机带两个发动机驱动泵，每路液压系统由四个发动机驱动泵组成，其用户包括主飞控作动、次级飞控作动、起落架系统以及刹车转弯系统等。备用液压源是利用电能驱动局部电液压系统，为飞控系统、起落架系统提供液压源。辅助液压源用于在地面状态，发动机停车的情况下，为货舱门系统提供作动液压源。分布系统设计和多余度的液压系统构架为飞机的飞行安全和可靠提供了保障。

2.2 高压技术

传统的民用航空飞机如A320飞机以及B737飞机都是采用3000PSI的液压压力为全机液压用户供压，A380飞机则采用了5000PSI的高压。国外研究的成果显示，提高飞机液压系统的工作压力能够显著地减轻飞机液压系统的重量，缩小液压系统元器件及管路的体积。相对于当今民用飞机普遍使用的3000PSI液压系统，采用5000PSI液压系统的A380飞机减轻了一吨的重量。高压系统的构建原理与传统系统的相似，只是把大量的工作放到更小的工作包之中，只需要较少的液压油和阀门。

A380飞机从增加系统功率、减轻系统重量，提高系统效率角度，采用了5000PSI的高压，为其后的大型民机液压系统压力设计提供了参考。

2.3 机电一体化技术

在A380飞机液压系统的架构中，我们知道其两路液压油路采用了两套电动机驱动泵供压的主液压源以及两套电驱动液压装置的备用液压源，即采用两液两电的混合作动系统。作为备份液压源，分别采用了电静液作动器（EHA）、电备份静液作动器（EBHA）以及局部电液压系统（LEHGS）等先进的机电设备和技术。

（a）电静液作动器

电静液作动器是功率电传技术的体现。作为先进的多电飞机，功率电传（PWB）技术在A380飞机上得到了全面的应用。功率电传是指由飞机次级能源系统至作动系统各执行机构之间的功率传输是通过电导线以电能量传输的方式完成的。

电动静液作动系统由控制器、电动机及其所驱动的液压泵、液压作动器组件、高压液压油箱组成。其中控制器包括数字控制和电机控制两个部分，数字控制部分起着伺服控制的作用，实现回路闭合、系统监控和余度管理等功能；并与飞行控制计算机和数据链接口，接受飞行控制计算机发出的电动机驱动指令和把数据发送给飞行控制计算机进行诊断。电机控制部分则响应来自数字控制部分的指令，对电机实施脉宽调制，把电力加到电机上以驱动液压泵。系统中的电机驱动一个液压泵，把油液从其自身的小油箱中输出，从而驱动副翼，它的液压系统与中央液压系统相对独立。A380的主飞控作动就是采用的电静液作动器，作为发动机驱动泵的备份液压源。

（b）电备份静液作动器

电备份静液作动器比电静液作动器增加了液压系统接口，保持了常规液压系统工作的兼容性。其接收来自相关液压通道和电通道的输入，可有两种工作模式：

正常模式：在正常模式，作动器接受相关绿色或黄色系统的压力，伺服阀按照电传计算机指令调节输入作动器的供压；

备用模式：在备用模式，作动器工作如同电静液作动器，接受来自飞机上交流电气系统的电功率，电传计算机将指令输入作动器控制组建。电机的转向和转速确定了作动器活塞的运动方向和速度。

在A380飞机上，同样是飞控系统的作动采用了电备份静液作动器作为主液压源的备份。

（c）局部电液压系统

局部电液压系统是指采取分布式局部液压中心（LHC）与大功率电动机驱动液泵的结合及分布式油箱的液压系统。研究表明在大型运输机中，局部电液压系统的应用是很有意义的。目前，用于LHC的液压油冷电机驱动功率已可达100kw，极大地提高了作动效率。A380的局部電液压系统负责为起落架系统的应急刹车和前轮转弯功能提供液压备份。

先进的机电一体化设计，形成电液备份的系统架构，为A380飞机液压系统提供了更高的可靠性保障，同时，也减轻了飞机重量，提高了液压作动效率。

2.4 监控诊断技术

液压系统监控诊断技术是指以计算机为中心， 包括状态信号的采集、数字信号的处理、系统元件状态特征量的提取、以及故障诊断专家系统等。 A380飞机大量采用了集成模块话航空电子系统和远程数据集中器（RDIU），共有32个模块化电子设备（IMA）模块，完成显示、告警及其他相关功能。飞机液压系统的控制监测由液压系统监测单元（HSMU）完成。直流供电的液压系统监测单元将通过采集系统状态，实现压力指示、告警显示、电动泵控制等功能。随着航空电子技术的发展，IMA技术将日趋成熟，应用也将更加广泛，这为包括液压源系统在内的机械系统的数字化、智能化提供了条件。

3 启示

A380飞机液压源系统充分反映了现代民用飞机液压源系统先进技术的发展方向和要求，对目前我国民用飞机液压源系统的发展现状，具有现实指导意义。

（1）多余度设计。对液压源系统进行余度设计，通过增加系统余度，提高系统的可靠性、安全性。目前，我国自主研发设计制造的正在试飞取证的新型涡扇支线客机ARJ21飞机和在研的大型干线客机C919飞机均采用的是三套液压源系统。

（2）高压设计。高压设计能够提高系统的工作效率，但是高压技术同时也受制于液压管路材料。目前ARJ21飞机和C919飞机均采用的是类似于A320飞机及B737飞机的3000psi压力，但是，对于未来大型宽体客机来说，A380飞机的5000psi压力设计将具有重要的参考意义。

（3）机电技术。随着多电飞机技术的发展，电能将更多地与液压能源结合，作为飞机作动的能源。A380飞机先进的机电一体化技术的成功应用，将推动其在我国民用飞机上的发展。

（4）监测控制技术。监测控制技术包括平台的构建以及软件的集成，通过与航电网络的通信互联，成为全机机电综合的一部分。

作为飞机飞行安全的重要保障，液压源系统的设计越来越得到飞机研制者的重视。A380飞机作为现代民用飞机的先进代表，其液压源系统的设计体现了民用飞机液压源系统的发展方向和趋势，也为我国民机液压源系统的研制和发展提供了更多的启发。

【参考文献】

[1]李艳军.飞机液压传动与控制[M].北京：科学出版社，2009.

[2]王占林，陈斌，裘丽华.飞机液压系统的主要发展趋势[J].液压气动与密封，2000（1）：14-18.

[3]A380-800 Flight Deck and Systems Briefing for Pilots，Issue 02-March 2006.

[4]A380 RR Trent 900 Maintenance Courses-M03.

[責任编辑：朱丽娜]