飞机液压系统应用现状研究

中国人民解放军第5720工厂 杨静思 韩 石

液压系统是实现飞机操纵控制、姿态调整，确保飞行安全的重要功能系统。与机械传动、电气传动和气压传动等传动方式相比，液压传动能够输出较大的推力和转矩，实现低速大吨位的传动，且其体积小、重量轻、结构紧凑，在现代飞机中得到了广泛的应用。

目前，市场上主要在运营飞机包括波音和空客系列，以及我国商飞的ARJ21 和C919 客机，均采用工作压力为21MPa 的液压系统。超音速客机“协和号”采用了29MPa 的液压系统。空客A350、A380 和波音B787 采用了35MPa 的液压系统。我国在研的远程宽体客机CR929 也将采用35MPa 的液压系统。由于提高液压系统工作压力能够有效地减小液压系统的体积，同时提高飞机液压系统的功重比，所以采用35MPa 工作压力的液压系统是未来飞机发展的必然方向和优先选择，并已逐渐在部分机型上得到应用。液压系统工作压力提高的同时，也带来无用功增加、发热量增大、温度升高和液压油液黏性降低等难题。

笔者总结了飞机液压系统的构造及工作原理，梳理了飞机液压系统的发展现状，分析了现代飞机液压系统应用情况以及其技术发展趋势。针对飞机液压系统的特点，阐述了常见的故障原因，结合设计、生产和使用阶段分析液压系统的维护方法。

一、液压系统发展现状

1.液压系统工作原理

液压系统的工作是通过对液压油进行压力调节和控制，驱动相应的执行机构作出预期响应，使飞机操纵舵面等部件执行相应动作，从而实现对飞行姿态的控制。按照系统功能，通常将液压系统分为供压、执行、控制和辅助4 个部分。

供压部分主要由主油泵、应急油泵和蓄能器等构成。其主要功能是为液压油提供压力输入，将机械能转化为液压油的压力能，实现压力的实时调节。

执行部分主要由液压马达、作动筒和助力器等组成，处于液压系统的末端，将传递来的压力信号转化成执行机构的机械动作，实现压力能到机械能的转化。

控制部分主要包括流量阀、压力阀、方向阀和伺服阀等阀门部件，控制着液压系统的流量、压力和运动方向。

辅助部分的主要包括导管、压力表、油滤等部件，提供对系统的工作状态进行实时显示及安全运行提供结构支撑。

2.液压系统发展现状

当前，最具代表性的飞机液压系统当属采用35MPa 工作压力的波音B787 和空客A380 客机。

B787 是波音公司民机中首个且是唯一采用35MPa液压系统的客机，其液压系统架构采用了相互独立的左、中、右3 套液压系统的形式。左、右液压系统为B787 客机液压系统的主体，其动力源为1 台作为主泵的发动机驱动泵（EDP）和1 台作为辅泵的两级功率电动泵（EMP）。其中主泵EDP 的功率为95L/min，其工作贯穿客机的整个飞行过程；辅泵EMP 的功率可分为一级功率106L/min 和二级功率141L/min 两级。辅泵仅在起、降过程中为液压系统提供额外的动力，或者在紧急情况下代替主泵提供应急动力。中液压系统被设置为备份系统，但在正常状态下也为前/后缘襟翼及起落架转向机构提供液压动力。在飞机的右侧翼身整流罩内安装有额定功率为72L/min 的冲压涡轮泵，其作用是在左、右液压系统均失效的情况下作为最后的动力源为主飞控系统提供应急液压能源。

空客A380 也使用35MPa 液压系统，其液压系统架构采用黄、绿2 套传统的液压作动系统，其动力由8 台EDP 和4 台EMP 构成。8 台EDP 通过专用的离合器分别与飞机发动机相连，每台EDP 之间相互独立。A380 客机使用的是威格士公司的PV3-300-31 型EDP泵，配置了带有脉动衰减器的斜盘式恒压变量柱塞泵，具有较小的运行噪声和振动。

二、技术发展趋势

一是工作压力提升。液压系统的工作压力影响工作效率、系统重量和体积等，国内外始终坚持着对液压系统的压力等级提升的研究。在将近百年的发展历程中，飞机液压系统工作压力从最开始C-47 运输机的7MPa 到主流飞机F16 等机型的21MPa 和SU-27 等机型的28MPa，进入新世纪后发展到大型客机采用的35MPa。未来，基于35MPa 的飞机液压系统将逐步成熟并占据市场。

二是动力系统多元化。传统飞机液压系统的动力系统有着严格的主、备用的划分，其使用顺序存在着明显的优先级差别。在波音737-300 之后，各机型逐渐减小了2 套动力系统之间的差距。待到B757 之后，波音的系列飞机中逐渐形成了“左-中-右”3 套动力系统的液压模式，各动力系统之间趋于同级化。而在空客飞机上，其液压系统自一开始便采用了多套动力系统并行的模式，在A380 上更是采用了2H/2E 的形式，融入了2 套电系统。

三是脉动低压化。随着液压系统工作压力的提高，液压油流量增大，同时液压系统的工作环境越趋复杂，由动力系统引发的压力脉动以及随之产生的管道振动越来越突出。因此，采取合理的措施降低脉动压力是一个必然的发展趋势。

四是多电化。电控制的优势是能对输入的指令快速地反应，因此在军用飞机上得到了广泛应用。随着技术逐步成熟及作动器等器件的更新发展，民机也逐渐开始使用这一技术。空客A380 采用的2H/2E 液压系统便采用了2 套电系统，而波音在B787 上也采用了电系统EMP 控制其中某些舵面，并将其液压刹车改成了电刹车。随着工业技术的不断发展，在安全性和可靠性逐渐得到保障的情况下，多电化会成为飞机液压系统更加青睐的技术发展方向之一。

三、常见故障分析

在实际使用中，液压系统经常由于种种原因而出现压力泄漏等问题，从而引发故障。主要包括以下7个方面。

一是系统污染。在飞机的使用寿命周期内，均需对液压系统系统的污染度进行有效的控制，若污染度超标必将大大降低液压系统附件的产品性能，进而引发故障发生。

二是固体颗粒污染。作为工作介质的液压油常常因为吸入空气、水或粉尘等受到污染而造成工作压力的下降，引起管道的颤振，又或者是造成零件的小孔堵塞失灵等严重后果。因吸入粉尘或者因零件之间的相互摩擦产生粉末，液压油将迅速被污染并将这些固体颗粒输送到整个系统的管道中，其中包含了一些直径较小的管路及节流孔等，其后果便是造成堵塞并损伤精细零件，引发系统故障。

三是水污染。液压油混入水形成污染后，对于在高空飞行的飞机而言，其液压系统时刻面临着被遇冷形成的小冰晶堵塞管道造成液压系统失灵的危险，同时金属部件在与水的接触过程中更容易出现锈蚀而出现结构损坏。

四是空气污染。液压油的压力降低后，空气污染会逐渐溢出聚集成小气泡，随着液压油运动到高压区又会受到绝热压缩而溃灭，极易引发脉动振荡的气穴。另外，空气中的氧气还会引发液压油的氧化变质，形成酸性环境后腐蚀管道，影响液压系统的安全。

五是内部残留污染。除了空气、水分、灰尘等，液压任务系统在执行相对运动时，在高温条件下，橡胶密封胶圈会出现老化磨损等情况，同样会对系统造成污染，引发系统故障。

六是管路应力安装。液压管路如果存在安装应力，在长期高振动环境下工作，极易发生导管渗漏油或者断裂故障，导致系统压力渗漏，危及飞行安全。

七是不合理的设计。液压系统不合理的分布设计、零部件设计等问题极易造成液压系统散热困难而导致液压系统部件工作不稳定。尤其是管路之间由于布置过于紧密而使维护愈加困难，从而为下一次故障的出现埋下了隐患。

四、维护方法

鉴于飞机液压系统常见的各种故障分析，科学合理的维护是保障其安全、有效运行的必要环节。

一是科学合理的设计。在设计阶段必须充分考虑到液压系统各组件的散热和维护需求，严格按照液压系统规范进行设计。在总体设计时，增大维修通道、合理布置液压附件和导管等，以提高液压系统的维修性。除此之外，传统的集中式液压作动系统遍布全机，液压管路和操纵拉杆也像蜘蛛网一样密布，占据了大量空间和重量，因此，用电传替代传统的机械传动可以大大减少液压系统的空间和重量，间接地提高液压系统的修护性。

二是选用高性能的元器件。尽可能选用性能好、可靠性强的液压附件，选用高精度的油滤以保证液压油在工作时的清洁度，优选大容积的自供增压油箱以增强油箱的散热效果，进而提升液压系统的抗污染能力。

三是采用先进监测手段。积极引进融合电控制系统，采用磁塞等先进的监测设备对液压油的污染情况进行监测，并对液压油油箱进行升级改造，使其具备箱外显示油量的功能，从而减少油箱的开盖次数，降低污染物通过油箱进入液压油造成污染。

四是培养专业维修团队。培养一支由专业液压系统维修人员组成的维修队伍是十分必要的。液压系统维修人员必须经过有关污染控制标准以及相关规定的培训，同时在上岗前必须通过职业道德和责任性教育。维修人员要清晰地意识到液压系统维修工作的重要性、艰苦性和长期性。

五、发展展望

液压系统凭借其对力和力矩传动的优势等，在现代飞机中占据了不可替代的地位，同时其相关的技术也在不断地发展和进步，可预见的是，在未来的液压系统将逐渐融合更多、更先进的技术，从而发挥更大、更重要的作用。

液压系统的工作特点和运行方式注定了会遇到如液压油被污染等不可回避的问题，若得不到适当的控制或解决，必然会引起液压系统故障，从而造成飞机操纵失灵等严重后果，产生巨大的安全隐患。在飞机设计阶段就必须充分考虑到液压系统的科学设计、合理布置等问题，从元器件优选开始进行控制故障。通过专业人员进行液压系统的维护和维修，确保液压系统工作的安全和可靠。

随着飞机不断向高速、高机动性、高可靠性等方向发展，液压系统必将朝着体积更小、更安全、更可靠、更稳定的方向迈进。