某型飞机座舱盖液压系统含气故障分析与改进

摘要：该文针对某型飞机由于座舱盖液压系统含气引发的故障，根据产品结构和系统工作原理分析故障发生的原因，采取组建地面联调联试环境、机上实际工况验证、周期性验证等方式，验证了导致座舱盖液压系统进气的多种可能，找出了导致座舱失密的关键影响因素，制定了检测方法，增加了控制措施，消除了质量隐患，以确保装备安全。

关键词：座舱盖液压系统；进气；座舱失密；余压控制

1概述

在液体系统中进入空气后会降低系统的传动刚度，导致系统动力下降、压力不稳定。通常认为，溶解于液体中的空气一般不会影响油液的体积弹性模量［1］，也不会对液压油的品质造成影响，但一旦溶解的气体因局部低压从油液中析出形成气泡，或者在液体加注过程中带入空气，部附件密封不良在工作过程中吸入空气，都将形成游离在液体中的气体，对液压系统和液压元件造成严重的影响和危害。

2故障概况

构建密闭式座舱，是飞机对乘员进行环境控制的前提，空中失密可能造成乘员舱空气压力快速下降，乘员空中缺氧等情况，是现代飞行器必须避免的故障。对于某型飞机而言，由于其独特的结构，座舱盖的开关过程与锁闭，是由气液两种工作介质共同参与，在一次飞行过程中出现座舱失密，经查故障原因为座舱盖液压操纵系统混入气体，放出油液呈乳化现象（图1），导致座舱盖液压操纵系统未能可靠锁定，飞行过程中座舱盖操纵作动筒缓慢伸出，最终导致座舱密封失效，同年类似的问题再次发生，急需对液压系统含气情况进行研究，以避免液压系统进气影响飞行安全。

3系统工作原理

该型机座舱盖系统主要由座舱盖操纵作动筒、油箱、气动操纵开关等部件组成，座舱盖操纵系统由气、液两种工作介质共同参与工作，正常工作时氮气作为工作动力源，液压介质仅随动流动。

当气动开启座舱盖时，自减压器组件提供的高压气体进入座舱盖操纵作动筒的气压腔下部，座舱盖手动开启机构的气压作动筒和液压油箱的气压腔内。气体进入气压作动筒后，气压作动筒工作将操纵开关的活塞杆移至中立位置，液压油可自由地从活塞杆的上腔转入活塞下面的腔，解除座舱盖作动筒的锁定状态（图2）。

此时进入座舱盖操纵作动筒气压腔下部的工作气体推动气压腔活塞杆向上运动，使座舱盖开启。（图2打开状态）。当内、外开启手柄回复中立位置时，座舱盖操纵开关切断向气压管路的供气，系统内残余的气压反向通过座舱盖操纵开关连通大气的壳体排入大气，操纵开关的活塞杆回复初始位置，截断液压通道，锁定座舱盖操纵作动筒的活塞杆（图2锁定状态）。

座舱盖关闭时与上述工作情况类似，仅高压气体进气通道变为座舱盖操纵作动筒的气压腔上部，座舱盖手动开启机构的气压作动筒和油路活门的气压腔内。

4故障原因分析

根据系统原理，分析造成座舱盖液压系统内有气的可能原因有三点。第一，由于系统由气液两种工作介质共同参与工作，两种介质在座舱盖操纵作动筒、油箱、油路控制活门处有气液间隔结构，工作隔离面之间存在工作介质交换的可能，从而导致液压系统内部进气。第二，液压油中含气量高，在工作过程中由于压力变化和温度变化导致油液中融入的气体析出，融合后形成游离气体态。第三，由于该型机座舱盖液压系统结构简单，部件较少，系统总体油量较少，加油等过程中一旦带入气体，很容易对系统的稳定性带来较大的影响。为此建立故障树如图3所示。

5失效验证

5.1液压油中气体析出验证

由于油液中气体会随着压力的变化和温度的变化不断发生溶解和析出现象，座舱盖在开关过程中，液压系统的压力随气动系统工作介质和座舱盖重力的影响，压力产生较大幅度的波动［2］。测量实际工况下，座舱盖液压系统的压力波动曲线，发现座舱盖关闭并锁定后，实际座舱盖液压系统内部的压力基本均衡，正常情况下，座舱盖操纵作动筒下腔的压力，源自油箱弹簧产生的压力，计算油箱理论可产生的最大液压力可知，油箱内部弹簧可产生0118MPa的液压压力，通过实际测量，系统稳定后的余压基本保持在（0.1～0.12）MPa（压力波动曲线见图4）。根据某型机飞行包线和大气温度高度变化情况，可知座舱盖液压系统温度在（+40～-25）℃范围之间。

将所有产品安装在可靠性试验中心试验台双座寿命试验台（以下简称试验台），安装压力表用于记录作动筒液压上腔、液压下腔、手动开启机构油箱腔压力值，完成注油、排气，常温条件下开关座舱盖20个循环，记录液压系统各个腔的压力变化情况，由于游离态的气体无法通过在线的方法检测，因此每执行一定次数的开关循环工作，通过向系统加注液压油的方式，将系统中的空气挤出，测量系统内实际产生的气体。

由于实际飞行的工况主要处于低温环境，在常温试验完成后将系统联调联试环境整体降至-25℃，再次开关座舱盖20个循环，记录液压系统各个腔的压力变化情况，再次测量系统中是否有气。通过常温和低温试验，发现工作过程中气体自液压油中析出情况不明显，说明短时工作情况下液压油中析出的气体不影响系统功能，试验实际检测数据见图5。

5.2产品串气验证

计划通过机上实际工况，验证超差零部件装机后是否能够造成气液互串的可能，即换装密封处有损伤的座舱盖操纵作动筒、油箱、油路控制活门。按照外场周期性使用当量计算，通过开关座舱盖，实际模拟外场使用情况，验证在一定工作循环后，系统是否出现功能超差，检查是否发生气液互串情况。

按方案换装超差产品开关座舱盖系统5个循环，共收集系统余气共100ml左右；重新加油后开关座舱盖系统20个循环，共收集系统余气共200ml左右，同时发现液压系统余压由上腔0.087MPa增至0.116MPa，下腔由0.114MPa增至0.126MPa；重新加油后开关座舱盖系统200个循环，共收集系统余气500ml左右，系统余压超差均为0.32MPa，重新对系统进行加油排气，系统余压降低至0.11MPa。说明零件超差或损坏，将会导致座舱盖液压系统内部串气，继而导致液压系统压力升高。在座舱盖操纵作动筒上腔、泵箱组件、油路活门三者中，由于座舱盖操纵作动筒液压上腔在关闭时系统压力为负数，因此座舱盖操纵作动筒液压上腔与气腔的隔离失效对系统的影响最大，串气造成的系统极限压力受作动筒上集油杯的最大承受力而定。

为验证该型飞机实际服役后系统内液压油含气变化情况，考虑季节变化、纬度差异、维护保障性差异可能带来的影响，选取一定量的飞机，时间上分夏季、秋季、冬季，地理位置上根据实际布置情况分别开展系统压力变化和油液含气情况检测工作，分析环境对系统溶气性的影响。通过近一年的监控，发现部分架次座舱盖液压系统中有少量气体（下表），但液压系统整体压力均未增长，分析应是部分飞机在长时间的使用过程中，油液中析出气体或产品负压吸气的造成，但该情况由于游离态气体较少，不对系统功能产生影响。

5.3加油故障验证

由于该型机加油通过地面油车的方式加油，油车循环过程或加注过程中均有可能产生气体，因此设计非常规加油方案，以验证是否可能造成系统进气或残留压力。将加油车内的油液液面降低至回油口以下，使加油过程中自加油车中供出的液体带有大量气体，如不按要求进行排气，直接向系统内用手动方式加油，则可将前期加入的气体封存在系统中，系统余压随之增大。通过机上加油验证，如不按要求进行加油或清洗排气，将直接在系统内形成大量的游离态气体，系统的余压也随油车的最大加油压力随之增大，因此该种方式导致的故障影响程度最高，应是所有管控最重要的环节。

6改进措施

6.1提高产品品质，降低串气风险

根据液压与气动密封理论以及试验，为确保产品密封性，降低产品串气导致的系统进气的可能性，需要在制造和修理时提高座舱盖操纵作动筒、油箱、油路控制活门活动部位粗糙度，严格控制活动部位的密封间隙。同时为增加产品密封性能，将液压腔活塞杆密封由单侧氟塑料挡圈保护，更改为双侧氟塑料挡圈保护，改善活塞杆往复运动密封性。

6.2严控加油过程，增加余气检查方法

针对现有设备低油量时可能使加注油液中混有大量气体的情况，对加油车设计进行改进，降低循环过程中产生气体的可能，加油前检查加油车应有足够的油液，在整个加油过程中进行“打开—关闭”活动座舱盖不少于5个循环以促进余气排出［3］。避免座舱失密故障的关键是防止含气的座舱盖液压系统余压过高，因此当加油完成后，增加座舱盖液压系统余气检查，当座舱盖关闭时，测量机上“注油口”和“放油口1”“放油口2”的压力均不大于0.15MPa。

结语

通过模拟试验和使用状态检查，发现系统工作有可能引起座舱盖液压系统进气，但游离态气体较少，不会影响系统余压，对飞行安全无影响；产品内部串气也可以导致座舱盖液压系统内部进气，系统内的余气随使用次数的增加逐渐增多，余压逐渐增大；加油过程中造成的系统进气危害性最大，应重点关注并采取措施严加管控。

参考文献：

［1］唐东林，吴凡，贾品元，等.含气油液有效体积弹性模量理论模型研究［J］.中国机械工程，2017，28（3）：300304.

［2］肖珑，马晓娟.液压与气压传动技术［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2007.

［3］张孟.某型飞机液压刹车系统气塞的排除方法［J］.中国新技术新产品，2020（4）：6465.

［4］王焕林，李振贺，李鹏.某型飞机空中座舱失密故障分析［J］.航空维修与工程，2021（6）：7981.

作者简介：倪伟（1979—），男，苗族，湖南龙山县人，硕士，工程师，主要从事飞机修理工作。