飞机液压系统散热方案简述

韩定邦

【摘 要】现代飞机液压系统朝着高压化趋势发展，给液压系统散热带来很大挑战。本文介绍了3种典型的液压系统散热器，可作为民用飞机液压系统散热设计参考。

【关键词】民用飞机；液压系统；散热

0 引言

液压系统发热的原因为不可能将输入能量全部转化为有效做功。无效功率的主要转换为热量，所以，液压系统正常工作温度一般大于环境温度。当系统生热量和系统散热量相等时系统达到热平衡。

液压系统油液温度过高会有以下影响：油液氧化作用加剧而变质；油液粘度降低，系统内泄漏量增大，导致系统的容积效率降低；橡胶密封件变形，加速老化失效进程，造成系统的外泄漏；使作动器膨胀系数不同的运动副的间隙变小或发生卡阻现象；飞机火灾隐患[1]。

因此将液压系统设计在指定的温度范围内能达到热平衡状态十分重要。

1 飞机液压系统热分析方法

液压系统的发热源主要有：

●泵和阀的内部泄漏；

●用于节流和控制的阀和孔口；

●在管路、接头和通路中的流阻压降；

液压系统的散热方式主要有：

●液压系统与案件和飞机结构之间的热传导；

●液压元件周围的空气对流；

●液压元件的热辐射；

●热交换器。

在飞机伺服作动系统中，变流量泵的所有输入能量几乎全部转化为热（在静态稳定操作工况下），当系统没有工作输出，系统温度高到一定程度使系统散热率和系统输入能量相等，这时候就达到了热平衡。

Win=Qloss=UA（Tsys-Tair）

其中，

Win=输入能量

Qloss=热损失

U=总传热系数

A=系统表面积

Tsys=系统温度

Tair=系统温度

若液压系统通过自身设备及管路与周围环境的对流、辐射和热传导散热使得热平衡温度与设计预期相符，就不需要在系统中设置热交换器。如果通过热分析表明系统自身散热不能满足温度要求，那就需要专门的热交换器来散热。

2 液压系统热交换器种类

飞机液压系统热交换器根据冷却介质不同可以分为以下几种：

液冷式：液压油——燃油热交换器

风冷式：引气热交换器和冲压空气热交换器

媒冷式：分体式热交换器

2.1 液压油—燃油散热器

液压油—燃油热交换器是将液压系统壳体回油管路蛇形布置并加装翅片，以达到增大散热面积的热交换器。液压油——燃油热交换器一般布置在飞机燃油箱最低处，使散热器大部分时间能够完全浸入在燃油中以保证散热效果。

典型的液压油——燃油热交换器如图1所示：

为了系统不需要额外散热时管路沿程损失，一般在壳体回油管路上还设置有旁通阀。热交换器旁通阀是一个具有温度控制功能的2位4通方向阀，用于控制系统壳体回油的流向。当油温高于某个设定温度时旁通阀打开，壳体回油进入热交换器冷却后进入液压油箱；当油温低于某个设定温度时旁通阀关断，壳体回油直接进入液压油箱。

液压油—燃油热交换器换热效率高，且燃油比热容为2.1×103J/（kg·℃），一般能够满足飞机液压系统散热要求。但液压油—燃油热交换器设计时需要考虑燃油箱防爆问题及液压油泄漏污染燃油问题。

2.2 风冷式散热器

风冷式散热器是利用空气与安装在液压管路上的散热器进行热交换，空气来源可以是发动机引气，也可以是冲压空气。液压管路散热器的形式和液冷式散热器类似，一般都有翅片增大散热面积。并在壳体回油管路上也设置有旁通阀用来减少较低温度时的管路沿程损失。

采用发动机引气或冲压空气进行散热，都需要考虑地面低速情况下或者发动机关闭时液压系统的散热问题。一般的解决方案是在地面时采用液壓马达或者电机带动风扇对散热器进行强制换热，在空中由发动机引气或者冲压空气进行散热。

典型的风冷式散热器如图2所示：

2.3 媒冷式热交换器

媒冷式热交换器由散热器、压缩机、冷凝器、膨胀阀等组成，经压缩机压缩后的高温高压的冷媒以气态进入冷凝器散热降温液化，成为高压液体，根据蒸发器出口的温度调节膨胀阀中的冷媒的流量，使经膨胀阀后得到的低压液态的冷媒进入散热器，在散热器内吸收液压油的热量，变为低压蒸汽，再进入压缩机，往复循环。利用冷媒状态变化使散热器中的液压油得到冷却，冷凝器周围空气得到加热。媒冷式散热系统的冷却效率高，而且在地面时有良好的冷却能力，高空高速飞行时有良好的经济性，节省燃油。

媒冷式热交换器由于其系统设计的复杂性、冷媒密封性以及控制元件可靠性的限制，目前还没有得到广泛的工程应用[2]。

3 总结

以上根据冷却介质不同介绍了3种典型的飞机液压系统散热器。不同的散热器方案在理论上有优劣之分，但在实际应用中则必须具体问题具体分析。设计飞机液压系统散热器时，可以根据计算分析结果，并结合飞机特点选择以上一种或几种组合的散热器作为设计方案；设计时除了满足系统计算、试验分析的结果外，还应考虑安全性、经济性等问题。只有满足系统温度性能要求，并具有安全性及经济性的方案才是最优案。

【参考文献】

[1]李炳健.浅析液压系统中的发热和散热[J].山西机械，2003（S1）.

[2]黄新松，李文辉.直升机用蒸发循环制冷系统设计计算与仿真[J].直升机技术， 2016（4）.

[责任编辑：朱丽娜]endprint