某型飞机液压系统地面控制装置设计与工艺方法研究

■ 王志刚 毕海亮 王鹏飞/凌云科技集团有限责任公司

0 引言

某型飞机传统修理工艺一般采用机上供电的方法进行液压系统功能试验，但由于飞机液压系统是依靠电气系统控制，经常因部分电气线路、电门和附件的故障导致液压系统功能试验工作受限，影响飞机正常维修周期。液压系统功能试验作为飞机维修的重要工序，试验项目多、工序复杂、周期较长，若无法将电气故障与系统功能试验隔离，将大大延长维修周期，造成严重的成本浪费。针对该问题，本文开展了液压系统地面控制装置的设计与工艺方法研究，有效解决了飞机液压系统电气部分出现故障时无法完成调整试验的问题，有利于缩短飞机维修周期，降低维修成本。

1 液压系统操纵控制系统

某型飞机液压系统由起落架收放、襟翼收放、前轮转弯、主轮刹车、驱动风挡雨刮器、发动机应急停车和螺旋桨应急顺桨、多用途舱门开关等操纵控制系统组成。本文研究的对象是由电气控制的操纵控制系统，包括起落架收放、襟翼收放、前轮转弯、多用途舱门开关。

1.1 起落架收放系统

起落架收放系统的功能是完成飞机起飞、着陆时起落架的收起和放下。飞机收起落架时，将起落架转换开关扳到“收起”位置，12型电磁活门将压力油路与收起油路接通，压力油进入上位锁开锁作动筒和收放作动筒收起腔，使起落架收起；同时，接通11型电磁活门，将主蓄压器的充压管路关断，液压泵便停止向主蓄压器充压，压力油全部供给起落架收放作动筒收起腔，缩短起落架收起时间。飞机放起落架时，将起落架转换开关扳到“放下”位置，12型电磁活门将压力油路与放下油路接通，压力油进入下位锁开锁作动筒和收放作动筒放下腔，使起落架放下。

1.2 襟翼收放系统

襟翼收放系统的功能是在飞机起飞时将襟翼放下到15°的角度，增大飞机升力；在飞机着陆时将襟翼放下到30°的角度，增加飞机阻力，缩短着陆滑跑距离。襟翼收放系统分为正常收放和应急放两种形式，分别由主供压系统和应急供压系统供压，正常收放襟翼依靠22A型电磁活门实现，应急放襟翼依靠21A型电磁活门实现。飞机放襟翼时，将正常收放襟翼开关扳到“放下”位置，22A型电磁活门接通压力油路和放下油路，一路压力油经梭形活门松开摩擦片制动器；另一路压力油经流量控制活门、液压锁和梭形活门流至液压马达，液压马达在油压的作用下开始转动，将襟翼放下。飞机收襟翼时，将正常收放襟翼开关扳到“收起”位置，22A型电磁活门接通压力油路和收起油路，一路压力油经梭形活门松开摩擦片制动器；另一路压力油经液压锁和梭形活门流至液压马达，液压马达在油压的作用下开始转动，将襟翼收起。应急放襟翼的工作情况与正常放襟翼时相似。

1.3 前轮转弯系统

前轮转弯系统的功能是在飞机地面滑行和起飞着陆时纠正飞机的滑跑方向。飞机以小角度滑行和大角度转弯时用手操纵转弯，前轮最大偏转角度为45°；在起飞和着陆滑跑时用脚操纵前轮转弯，前轮最大偏转角度为10°，前轮转弯时的手脚操纵的切换是通过操纵22A型电磁开关实现的。飞机前轮左右转弯时，接通手或脚操纵转弯开关，22A型电磁开关工作，压力油进入转弯分配器，操纵手轮或脚蹬向左或向右，打开转弯分配器分流活门，使压力油进入前轮转弯作动筒左腔或右腔，推动前轮向操纵方向转动。前轮转弯作动筒两腔的管路连接通过21B型电磁开关实现，使飞机在地面运动时前起落架能够自由定位。

1.4 多用途舱门开关系统

多用途舱门开关系统的功能是在飞机飞行时完成多用途舱门的“打开”与“关闭”。多用途舱门开关系统分为正常开关和应急开关两种形式，分别由主供压系统和应急供压系统供压，正常和应急开关多用途舱门都依靠12型电磁活门实现。将多用途舱门正常操纵开关扳到“打开”位置，12型电磁活门接通压力油路和打开油路，压力油经单向限流活门、梭形活门和液压锁流至多用途舱门收放作动筒打开腔，带动多用途舱门打开；将多用途舱门正常操纵开关扳到“关闭”位置，12型电磁活门接通压力油路和关闭油路，压力油经单向限流活门、梭形活门和液压锁流至多用途舱门收放作动筒关闭腔，带动多用途舱门关闭。应急开关多用途舱门的工作情况与正常开关多用途舱门相似。

2 电磁活门供电机理分析

该型飞机液压系统起落架收放、襟翼收放、前轮转弯、多用途舱门开关依靠各分系统电磁活门来控制液压系统油路的走向，实现液压系统操纵功能。电磁活门的工作原理是依靠电磁铁通电，在电磁力的作用下推动活门内部阀芯移动，控制液压系统油路的通或断。不同型号电磁活门的区别在于供电方式的差异和油路切换形式的差异。供电方式的差异体现在电磁活门的工作状态不同，油路切换形式的差异体现在不同工作状态下电磁活门腔体内连通的形式不同。各系统功能对应的电磁活门如表1所示。

表1 液压操纵系统对应电磁活门型号

结合该型飞机起落架收放、襟翼收放、前轮转弯、多用途舱门开关系统工作电路原理图，分析各型号电磁活门供电机理，确定电磁活门供电与控制关系。各型号电磁活门针孔供电关系如表2所示。

表2 电磁活门针孔供电关系

3 液压系统地面控制装置设计

根据功能试验要求，设计了一种液压系统地面控制装置。该装置包括1台标准机箱、1套电源电缆、4套飞机连接电缆。标准机箱由信号灯、控制电门、电压表、连接插座、保险丝等元器件组成。基本思路是将机上液压系统电气控制线路模拟到地面控制装置上，通过地面控制装置向机上电磁活门提供27V电压并建立远程控制关系，以实现地面远程控制飞机液压系统功能试验的目的，完成起落架收放、襟翼收放、前轮转弯、多用途舱门开关试验工序。液压系统地面控制装置控制关系如图1所示。

图1 液压系统地面控制装置控制关系

液压系统地面控制装置设计包括液压系统地面控制装置电路设计、液压系统地面控制装置操作面板设计、液压系统地面控制装置接口设计。

3.1 液压系统地面控制装置电路设计

通过以上分析，绘制电磁活门地面供电模拟器控制电路（见图2），确保设计电路符合操作要求。

图2 液压系统地面控制装置电路图

1）收起落架电路原理：正电从ZKC配电盘→自动保护开关→“收起-放下”转换开关→油门杆位置信号微动开关→地面联锁终点开关→收起落架电磁开关12型的插头座③→线圈→插头座①→地。与此同时，正电从ZKC配电盘→自动保护开关→“收起-放下”转换开关→蓄压器充压电磁开关11型的插头座①→线圈→插头座②→地。

2）放起落架电路原理：正电从ZKC配电盘→自动保护开关→“收起-放下”转换开关→收起落架电磁开关12型的插头座②→线圈→插头座①→地。

3）放襟翼电路原理：正电从ZKC配电盘→自动保护开关→供给襟翼位置电动机构电源→襟翼位置扳动开关→襟翼位置电动机构→电磁开关22A型的插头座②→线圈→插头座①→地。

4）收襟翼电路原理：正电从ZKC配电盘→自动保护开关→供给襟翼位置电动机构电源→襟翼位置扳动开关→襟翼位置电动机构→电磁开关22A型的插头座③→线圈→插头座①→地。

5）应急放襟翼电路原理：正电从ZKC配电盘→自动保护开关→应急放襟翼开关→襟翼位置电动机构→电磁开关21A型的插头座①→线圈→插头座②→地。

6）手操纵前轮转弯电路原理：正电从ZKC配电盘→自动保护开关→联锁微动开关→操纵转换开关→电磁开关22A型的插头座②→线圈→插头座①→地。与此同时，正电从ZKC配电盘→自动保护开关→终点开关→操纵转换开关→电磁开关21B型的插头座①→线圈→插头座②→地。

7）脚操纵前轮转弯电路原理：正电从ZKC配电盘→自动保护开关→联锁微动开关→操纵转换开关→电磁开关22A型的插头座③→线圈→插头座①→地。与此同时，正电从ZKC配电盘→自动保护开关→终点开关→操纵转换开关→电磁开关21B型的插头座①→线圈→插头座②→地。

8）打开多用途舱门电路原理：正电从ZKC配电盘→自动保护开关→收放多用途舱门开关→电磁活门12型的插头座②→线圈→插头座①→地。

9）关闭多用途舱门电路原理：正电从ZKC配电盘→自动保护开关→收放多用途舱门开关→电磁活门12型的插头座③→线圈→插头座①→地。

3.2 液压系统地面控制装置操作面板的设计

通过对各分系统控制方式的研究，开展液压系统地面控制装置操作面板设计。规划面板分区布局，计算面板开孔尺寸，使操作面板符合正确控制方式和常规操作习惯，达到提高工作效率和防止出现错误操作行为的目的。设备操作面板分为输入模块、控制模块、输出模块共3个模块。输入模块由电源输入接口、输入开关和输入电压表等元器件组成；控制模块由2个两位控制开关、2个三位控制开关和6个指示灯等元器件组成；输出模块由4个输出接口组成。

液压系统地面控制装置操作面板材料为闪光银铝板，表面文字采用渗透印刷，面板选材实用美观，面板指示清晰、操作简单，具有较高的安全性和可靠性。面板上设计有指示灯，提醒操作者液压系统工作位置，内设电压表显示输出电压，以及控制开关和连接插座，有效保证电压的输送。液压系统地面控制装置操作面板示意如图3所示。

图3 液压系统地面控制装置操作面板示意图

3.3 液压系统地面控制装置接口的设计

结合该型飞机液压系统电磁活门功用及分类，对液压系统地面控制装置接口进行设计。由于21A型电磁活门和21B型电磁活门的控制关系相似，将两个电磁活门接口合并成1个，设计了12型电磁活门、22A型电磁活门、11型电磁活门、21A型电磁活门共4个接口。接口采用快卸式接头，便于拆装。基于各型号电磁活门供电机理分析，确定液压系统地面控制装置与机上电磁活门匹配关系。液压系统地面控制装置接口示意如图4所示。

图4 液压系统地面控制装置接口示意图

4 液压系统地面控制工艺方法研究

在飞机液压系统模拟供压时，采用液压系统地面控制装置供电，通过连接电缆的连接，在机上电磁活门与控制装置操作开关之间建立控制关系，如图5所示。

图5 液压系统地面控制工艺方法试验结果

4.1 起落架收放试验

将起落架收放电磁活门12型和11型与地面电缆线插头连接好。操纵地面控制装置面板上电磁活门11型控制开关置于“接通”位（绿灯亮），操纵地面控制装置面板上电磁活门12型控制开关置于“收起”位（绿灯亮），飞机液压系统接通起落架收起油路，完成起落架收起功能试验。操纵地面控制装置面板上电磁活门12型控制开关置于“放下”位（绿灯亮），飞机液压系统接通起落架放下油路，完成起落架放下功能试验。

4.2 正常襟翼收放试验

将襟翼正常收放电磁活门22A型与地面电缆线插头连接好。操纵地面控制装置面板上电磁活门22A型控制开关置于“收起”位（绿灯亮），飞机液压系统接通襟翼收起油路，完成襟翼收起功能试验。操纵地面控制装置面板上电磁活门22A型控制开关置于“放下”位（绿灯亮），飞机液压系统接通襟翼放下油路，完成襟翼放下功能试验。

4.3 应急放襟翼试验

将襟翼应急收电磁活门21A型与地面电缆线插头连接好。操纵地面控制装置面板上电磁活门21A型控制开关置于“放下”位（绿灯亮），飞机液压系统接通襟翼放下油路，完成襟翼应急放下功能试验。

4.4 前轮转弯试验

将前轮转弯电磁活门22A型和21B型与地面电缆线插头连接好。操纵地面控制装置面板上电磁活门21B型控制开关置于“接通”位（绿灯亮），操纵地面控制装置面板上电磁活门22A型控制开关置于“手操纵”位（绿灯亮），飞机液压系统接通前轮转弯手操纵油路，操纵机上前轮转弯手轮，完成手操纵前轮转弯功能试验。操纵地面控制装置面板上电磁活门22A型控制开关置于“脚操纵”位（绿灯亮），飞机液压系统接通前轮转弯脚操纵油路，操纵机上脚蹬，完成脚操纵前轮转弯功能试验。

4.5 多用途舱门收放试验

将多用途舱门收放电磁活门12型与地面电缆线插头连接好。操纵地面控制装置面板上电磁活门12型控制开关置于“收起”位（绿灯亮），飞机液压系统接通多用途舱门收起油路，完成多用途舱门收起功能试验。操纵地面控制装置面板上电磁活门12型控制开关置于“放下”位（绿灯亮），飞机液压系统接通多用途舱门放下油路，完成多用途舱门放下功能试验。多用途舱门应急收放操作与正常收放操作一致。

5 总结

通过液压系统地面控制装置的设计与工艺方法的研究，实现了液压系统地面模拟供电和液压系统调整试验，各项技术指标满足相关技术要求，性能合格。该方法打破了只能采用机上电源进行液压系统功能试验的传统操作模式，为飞机维修提供了新思路，降低了维修成本，缩短了修理周期。传统液压系统功能试验时仍需满足机上电路完整并在地面电源车供电方式下进行，存在的维修灵活性差、易受其他因素限制等缺点，与此相比本文提出的方法已在该型飞机上实现机上无电情况下进行液压系统功能试验的能力。同时，利用液压系统地面控制装置，可验证各分系统电磁活门工作性能，剥离电气系统故障的判定路线，优化调试阶段系统故障分析和排除的流程，降低调试难度，实现液压系统故障的快速定位，提高飞机维修质量。