民机液压系统压力测点改装技术探讨

周亮　朴学奎

【摘 要】民机液压系统在研制取证过程中需要对系统重要的压力参数（通常包括压力脉动、压力冲击和背压等）进行测量和分析，以便确定液压系统满足合适的功能和性能设计指标。本文分析了液压压力测点改装的常用方法，从改装需求出发，到详细设计过程和方案实现，系统阐述了液压压力测点改装的关键技术和工作思路，给出了可供相似民机液压系统研制借鉴和参考的方法和流程。

【关键词】民机；液压压力；测点改装

0 前言

飞行试验是民机液压系统研制和适航取证阶段的重要工作。通过飞行试验可验证液压系统功能和性能指标，以及与机上航电、动力、电源、飞控、起落架、高升力和机轮刹车等系统交联及响应是否正常，还可以检查飞机液压系统在飞行包线范围内是否满足设计要求。民用飞机液压系统通常（不局限于）需要进行任务包线试飞、环境科目试飞、故障类试飞、振动特性试飞和瞬态峰值压力试飞等科目。另外，飞行试验也是表明“在安装后功能正常”等符合适航规章[1]要求的重要试验，是民用飞机最终取得型号合格证（TC）路上最艰巨的难关。

为收集液压系统自身压力参数和相应飞行状态参数（通常包括空速、高度、推力、襟缝翼卡位、起落架轮载以及大气总温等参数），除通过总线直接抽引的参数外，还需要针对为获得液压系统关键位置的压力参数对系统进行加装和改装工作。

1 压力测点改装的常用方法

按照民机液压系统的工作压力级别（通常为3000psi和5000psi），液压系统大都属于高压流体系统。压力测点改装常用的方法主要有以下几种：

1.1 旁路单点直插式改装

旁路单点直插式改装通常是指在液压系统被测设备和管路连接部位放置一特殊形式的三通接头（或直接在管路上焊接一个旁路带Boss端的模块），这种三通接头是采用旁路带Boss端的特制接头。这种改装形式的优点是：a.测量位置靠近被测对象，能最大限度的减少系统性测量误差；b.高速响应特性好；c.安装和维护成本低。缺点是：安装形式适应性较差，对于特殊飞机部段（例如机翼前后缘、吊挂、三角区等）实时难度较大。

1.2 支路单点引导式改装

支路单点引导式改装通常是指在液压系统被测设备和管路连接部位向外引导出一段测压管，测压管的端部和传感器相连。这种改装形式的优点是：a.不需要特制三通接头，使用成本低；b.对安装形式的适用性好，可以满足空间狭小或拥挤部段的维修与更换需求。缺点是：a.测量的精度会出现不同程度的下降，尤其是对于压力快速变化动态信号响应变慢。b.新增测压管，增加一定的重量，多引入一个潜在泄漏点。

1.3 主路多点共用式改装

所谓的主路多点共用式改装是指采用一种集成单元，可以同时实现2～3种接口形式的测点布置。这种集成单元通常是类似与管路直通连接件，在其本体上开合适的孔，不需要额外增加三通接头或者测压管。这种改装形式的优点是：a.集成化程度较高，可以带来2～3倍的效率提升；b.集成单元比较紧凑，可以减轻重量。缺点是：存在共模失效带来的多点故障风险。

上述三种方法是通常使用的典型方法，实际型号应用时可以根据系统自身需求采用一种或几种联合的形式对压力测点整体方案进行合理优化。

2 压力测点改装需求

液压压力测点改装的顶层需求一般是来源于液压系统所需要进行的验证试验项目。在液压系统验证试验项目中，和压力测点密切相关的主要有：油泵压力脉动测试、局部瞬态峰值测试和压力可达性测试等验证项目。不同类型的验证项目所需要考核的压力特点各有不同，因而压力测点改装的需求也有差异。

2.1 油泵压力脉动测试类改装需求

油泵压力脉动测试主要是测定每个液压油泵出口段的压力脉动最大峰值不得超过系统（或泵）额定工作压力的相应比例（通常为5%～10%）。由于该验证科目需要测量高频的压力脉动信号，因而压力测点应该尽可能采用旁路单点直插式（或主路多点共用式）改装，应尽量避免采用支路单点引导式改装形式。同时这种压力脉动测试类改装需要较高的频响特性指标，压力测试传感器应选择带宽较高的规格，并且测试系统需要选择很高的采样速率（通常在10KHz以上）。

2.2 局部瞬态峰值测试类改装需求

局部瞬态峰值测试主要是测定液压系统主要的泵和用户作动器端口的瞬时峰值压力在规定的范围内（不超过额定工作压力的125%）。同样，由于该验证科目需要测量变化较快的瞬态峰值压力信号，因而压力测点应该尽可能避免采用支路单点引导式以避免出现峰值压力削波的情况。这种瞬态峰值测试类改装可选择中等带宽的压力测试传感器规格，而测试系统的采样速率通常选择2KHz左右。

2.3 压力可达性测试类改装需求

压力可达性测试主要考察液压能源系统提供给用户系统的实际可用压差是否满足设计的指标。通常需要对单套系统各个支路上最远端液压用户入口压降进行测量。例如，对机翼翼尖的缝翼和副翼作动器端口进行测量。由于这种测量方式基本考核稳态的压力指标，并且安装区域空间限制比较大，因此可以推荐使用支路单点引导式改装形式。

上述三类主要的压力相关测点改装需求是比较常见的类型，实际型号应用当中往往是几种权衡交替使用的。

3 典型压力测点改装设计与实现

下面以某型民机液压系统的压力测点改装为例，从传感器选型、三通接头设计、到局部管路更改设计实现，完整阐述民机液压压力测点改装设计的实践过程。

3.1 传感器选型

根据液压压力测试需求，选择分别选择三种量程的压力传感器：分别为3000psi（泵出口、油箱自增压出口和压力油滤出口）、1000psi（用户回油口）以及500psi（泵壳体回油口）。在具体选择传感器型号时主要考虑以下参数：

a.机械特性：主要包括重量、接口螺纹、密封形式、直径和长度；

b.电气特性：主要包括输入激励、输出模式和接插件类型；

c.功能指标：带宽、精度和工作温度范围；

d.其他：价格、供货周期、可靠性和使用经历等。

综合权衡上述各项指标，选定压力传感器分别为GE公司的PMP系列和Kulite公司的ETM系列的压力传感器，用以支持液压系统试验和试飞测试。

3.2 三通接头设计

首选旁路单点直插式改装形式，需要针对上述两种传感器分别特制相应的三通接头。在三通接头的旁路采取与传感器螺纹接口相匹配的母端（符合AS5202）[2]，同时考虑防松设计要求这种类型的传感器安装必须按规范打上保险丝。

3.3 局部管路更改设计实现

针对不同改装方式，分别开展管路局部更改的详细设计工作，完成全系统的改装设计工作。在管路改装设计中，主要遵循了以下重要设计准则：

a.改装设计时，尽可能使三通或新分段的管路易于拆装，并且还要易于测压管安装；

b.在机翼和尾翼区域改装时应考虑作动器的活动包络，注意避让作动器的拆装通道；c.旁路单点直插式改装方案需要考虑传感器的朝向，首选沿重力方向布置，同时需要考虑传感器电气连接端的插拔空间和线束固定位置；

d.由于测压管通常可看作对原有管路构型进行结构加强，对导管的振动影响较小。旁路单点直插式安装方式必须考虑支撑位置选择和局部结构加强，以消除对原有管路的振动特性产生不利影响。

4 结论

从改装设计和实施过程来看，液压压力测点改装满足了验证试验科目的测试需求。所采用的改装形式有效利用了各个安装布置区域的不同特点，进行了合理的优化。上述所采用的方法经过了型号实践检验，也给出了可供相似民机液压系统研制借鉴和参考的方法和流程。

【参考文献】

[1]CCAR-25-R4 运输类飞机适航标准[M].北京：中国民用航空局，2011.

[2]SAE AS5202 Port or Fitting End， Internal Straight Thread Design Standard[Z].

[责任编辑：杨玉洁]