民用飞机液压系统可燃液体排放设计

杨化龙 周昌明

民用飞机液压系统可燃液体排放设计

杨化龙 周昌明

针对民用飞机液压系统排液设计问题，本文对设计要求和关键设计要素等方面进行了研究，并给出了民用飞机液压系统可燃液体排放设计的方法。

民用飞机可燃液体主要包括燃油和液压油，两种可燃液体的控制和排放问题有明确的适航条款要求。液压系统作为飞机的重要二次能源系统，其元件、管路分布于全机各大区域，整个系统内的液压油是可燃液体的重要来源，在液压系统的设计过程中就需要充分考虑排液设计要求，满足适航条款要求。本文通过在某型民用飞机可燃液体排放设计过程中的实践，总结民用飞机液压系统的排液设计要求和方法，为民用飞机液压系统的设计提供参考。

可燃液体排放设计要求

民用飞机液体（包括易燃液体，易冻液体，渗漏液体和凝聚水等）的控制和排放，相关条款包括CCAR25.609“结构保护”，CCAR25.863“可燃液体的防火”，869（a）（1）（2）“系统防火”，CCAR25.1185“可燃液体”，CCAR25.1187“火区的排液和通风”，CCAR25.1189“切断措施”，CCAR25.1455“易冻液体的排放”等适航要求。其中，CCAR25.863“可燃液体的防火”是液压系统可燃液体排放设计的重点适航要求。

液压系统排液设计的关键要素

泄漏源

液压系统液压油的外泄漏分为正常的外泄漏和故障泄漏两种，正常的外泄漏主要是作动器的密封连接件、油箱低压活塞和泵轴密封等处产生的正常泄漏。故障泄漏主要是元件接口密封失效、管路本身损伤、管路装配连接不合理等导致的外部泄漏。

目前民用飞机液压系统管路连接件普遍采用永久挤压型与内旋压无扩口挤压式两种连接形式。永久挤压型连接件由于一次性做好而减少了中间维护不到位导致的泄漏，在泄漏方面认为此种连接方式是可靠的，不作为泄漏源考虑。内旋压无扩口连接件处被认为是潜在的泄漏点，其泄漏形式主要是拧紧定力不到位、装配贴合面缺陷而导致的泄漏。

在排液设计过程中液压系统可能的泄漏源主要定位于采用无扩口挤压式连接形式的管路、元件的结合处和管路布置区域可能的管路损伤。

泄漏速率

通过泄漏源的分析可知，液压系统不可避免的存在潜在的泄漏源，显然对于泄漏源，其泄漏速率是排液设计中关键的参数。关于泄漏量的大小，目前的工程实践中并没有确切的定量值，实际情况下，液压系统可能的泄漏主要是微小的渗漏和滴漏、一般的泄漏、较大的泄漏等情况，所以对应不同的泄漏类型对泄漏量进行分类。微小的滴漏可以认为每分钟数十滴，20～25滴液压油约为1ml，泄漏速率约为10ml/min。较大的泄漏可以以极端的管路爆裂为极限进行估值，在单根液压管爆裂的条件下，此时的泄漏速率基本等同于液压泵的输出流量，某型常用发动机驱动液压泵的液压油传输速率是79.5L/min，电动泵的液压油输出的速率为14L/min，该速率基本等同于极端的大泄漏情况下的泄漏速率。所以极端的泄漏速率达到10L/ min以上，此条件下油箱的液压油10s内泄漏完毕。一般的泄漏定义为以上两种泄漏模式之间，可以定义为1L/ min的量级。

表1　泄漏速率定义

目前各飞机机型在排液设计时也没有针对较大泄漏情况的排液设计，更多的是考虑在此极端情况下对应的系统关闭及就进机场着陆的操作，降低危害在空中的暴露时间，当然针对可能的极端泄漏情况，也要采用高可靠性的管路和元件等方式来降低风险。所以排液设计过程中应重点考虑微小和一般的泄漏对应的排液设计。

图1　排液管和排液孔布置

可燃液体泄漏区及排液通道

在可燃液体排放设计过程中是按照区域划分进行的，所以应明确其定义。

可燃液体泄漏区指飞机上可能存在可燃液体或蒸气（液压油或燃油等）泄漏并且不存在名义点火源的区域。这些区域在飞机正常运行时不存在可燃液体或蒸气，但在某些故障状态下（如管路接头损坏或密封不好等）可能会有可燃液体或蒸气泄漏。

排液通道是指在可燃液体泄漏区可以将该区域可能泄漏的可燃液体进行收集、导向对应的排液出口，并最终安全排出机体的通道。

在民用飞机液压系统排液设计过程中，针对正常的泄漏，作动器的密封泄漏考虑到其基本处于外翼后侧等开放区域，且其泄漏量较小，相应的泄漏可以通过外部气流带走，不会产生危害。液压泵和油箱的泄漏，系统设计过程中通过排液管和生态瓶的设置进行收集处理，泄漏量较大时，可以通过设计在该区域的液压系统排液管路通道排到机体外部，该泄漏可控。图1为常见的排液管和排液孔布置方式。

液压系统可燃液体排放设计

根据可燃液体排放设计要求的总结和泄漏源、泄漏速率及泄漏区域定义的界定，液压系统可燃液体排放设计主要包括降低系统潜在的泄漏风险和排液路径的设计两个方面。降低潜在的泄漏风险主要是通过设计手段尽可能的降低泄漏概率，排液路径的设计主要是针对潜在的泄漏设计对应的排液通道，将泄漏及时、安全的排出，不产生进一步的危害。

通过某型飞机的设计过程和目前商业运营飞机的运营情况研究，液压系统应按照以下原则进行排液设计：

1）系统布置在被允许的区域，有对应的排液通道和能力；

2）液压系统通过生态瓶对泄漏油液进行集中收集，并通过排液管路及通道排出机体；

3）可能的小泄漏，可借助飞机的排水口、通气口等排到机体外；

4）尽量减少管路的连接点，从而减少泄漏点；

5）特殊风险的考虑，主起舱区域采用不锈钢管路，降低轮胎爆破的影响，尽量避免了可能的泄漏。吊挂区域采用高可靠性能的压力管、软管；

6）与电气线缆等潜在点火源保持适当间距，采取避让原则；

7）设置EICAS告警提示，可通过机组操作控制泄漏；

8）航线运行中，配合地面检查、航前检查等工作降低泄漏隐患；

9）尽可能的采用永久接头，减少泄漏点；

10）按规范选用管路连接件、管材，并通过鉴定试验验证；

11）采用支架、块卡对管路进行支撑，减轻震动、摩擦，降低泄漏的因素。保证液压管路的间距要求，对管路系统进行保护；

12）采用可靠性高、在其他机型已使用验证的液压设备、元件。

排液路径的设计

在降低可能的泄漏风险的基础上，对不可避免的潜在泄漏区域进行排液通道设计，设计步骤如下：1）明确泄漏点的分布；2）确定泄漏液压油可能的危害区域；3）确保机体内结构有排液通路将泄漏的液压油进行收集；4）合理布置排液口（位置、大小及数量），将泄漏液体及时、安全的排出机体外，防止二次危害，如果排放到机体外的液压油可能会再次进入不允许进入的区域（如发动机、APU尾喷口），则需要重新设计排液通道或者液压系统的布置。

适航条款符合性验证

1）采用分区域的原则对全机排液进行符合性验证；

2）不拘泥于固定的验证方法，一般采用分析说明和地面试验、试飞等相结合的方法，验证机身内可燃液体流通路径、排液通道的排液能力以及排出的液体不产生次生的危害等安全要求。

总结

本文对民用飞机液压系统可燃液体设计要求的关键要素进行了研究，结合实际型号设计工作提出了液压系统可燃液体设计的原则，可有效指导民用飞机液压系统可燃液体排放设计和适航验证工作。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.17.012