飞机液压系统故障特性分析

侯炳强 1 刘耀国 2

西安飞机工业 (集团 )有限责任公司 西安 710089

摘要：液压系统是飞机机械系统的一个重要的组成部分，它传递高压完成飞机起落架收放、前轮转弯、刹车等各种操纵功能，是控制飞机起落过程的关键，而飞机的液压系统的故障具有其本身的特殊性，本文将针对飞机液压系统的故障特性展开研究和分析。

关键词：液压系统； 故障；油液污染度

0前言

各类飞行器上液压传动技术的发展和应用在航空发展史上占有举足轻重的地位，随着现代飞机的发展，飞机液压系统也处于不断的发展和创新的过程中。液压系统的功能、规模、复杂程度及自动化水平日益提高，人们迫切希望提高液压系统及元件的可靠性与安全性。因此，进行飞机液压系统故障特性分析研究，对于降低产品故障率，提高故障诊断的效率和准确性，具有非常积极的实际意义。

1飞机液压系统故障的特点

飞机液压系统通常包括起落架收放、机轮刹车、前轮转弯、舱门收放、襟翼操纵等多个功能子系统。液压系统设计相对复杂，附件及管路布局比较分散，各子系统之间既有独立的附件，又有公共的附件，因此，故障的成因往往比较复杂，同时，症状与原因之间存在着种种重叠和交错，往往是一因多果和一果多因。

液压系统的故障通常不是突变性质的，而是带有很明显的渐进性的特点。比如说由于液压元件在工作过程中的磨损或油液污染物堆积等原因造成的液压系统故障，通常在故障初起阶段，只是导致系统工作状态下滑，并不影响系统的正常工作，从系统状态完好到性能参数发生变化以至于无法正常工作，需要一个过程，一般情况下很难在状态下滑的初始阶段就判明故障点并加以排除。

液压系统运行过程中，会受到外界各种随机因素的影响，因此，问题的出现也是不确定的，难以事先准确预测，这就使得故障的定量分析比较困难，诊断过程往往是一个很复杂的过程。

2 使用因素对液压系统附件可靠性的影响

使用因素包括外部环境因素，以及液压系统本身施加在其附件上的作用因素。作用因素一般分为机械作用、液压系统本身工作载荷。其中，影响液压附件可靠性的主要因素包括压力脉动、温度作用、振动载荷及油液污染度等。

2.1 压力脉动

飞机液压系统的工作特点是，在增压管路中存在着由于液压油泵供油不均匀而引起的压力脉动。压力脉动对软管、金属导管施加的动载荷是造成它们过早损坏的原因之一。

2.2 温度作用

环境温度和工作液温度会对飞机液压系统附件产生综合作用，因此对于这些影响的研究对于液压系统故障的诊断和预防有着重要的意义。

工作液温度对附件的影响远远超过环境温度的影响，因此附件的热工作状态主要取决于工作液的温度状态。

随着温度的变化，工作液的粘度和密度会发生明显的变化。

温度升高，工作液密度会降低，粘度也会降低，随之而来的换向阀的流量特性、换向装置的非灵敏区将发生变化，经过液压附件内部阀芯与衬套间隙的泄漏量也将加大。

液压附件工作温度状态变化造成的另一个后果，是液压附件结构元件的几何尺寸将发生变化。滑阀副的元件一般用同一种材料制成，所以温度变化不会使滑阀副的间隙发生变化。对许多由不同材料制成的运动副构件来说，由于线性温度膨胀系数不同，工作热状态的变化可能使液压附件的结构元件之间在正常温度下已调好的间隙发生变化。这可能改变附件运动副的磨损特性，并降低附件耐久性。

温度对橡胶密封件（密封圈和密封碗）的技术状态也有很大影响。温度降低和温度升高一样，都会是橡胶的弹性急剧变化，这将严重破坏橡胶密封件的密封性。密封组件的密封性既取决于密封件的接触压力，又依赖于工作液的粘度，当温度降低时，密封件的接触压力由于密封件材料的塑性变差而降低，但工作液的粘度因为温度的降低而增加（这有利于保持密封性），这些因素最危险的组合是在-20℃~-25℃，且液压系统中没有压力时。当温度继续降低时，密封件的接触压力将下降，但工作液的粘度却更快地增长，这对系统的密封性是有利的。当温度升高或液压系统处于工作状态时，温度或工作液的压力会使密封件的接触压力提高，这将提高密封件的密封性。

在高、低温的长时间作用下，密封组件将发生不可逆的变化，密封圈和密封碗的材

料将老化并失去弹性，这将缩短密封件的使用寿命，并严重影响液压附件的可靠性。

2.3 振动载荷

根据不完全统计，航空液压和气动装置的故障中有40%是振动和冲击造成的。振动和冲击是最危险的机械作用形式。振动的频率和幅度取决于飞行器的类型、飞行状态和附件的安装位置。

飞机的主要振源是发动机。由于燃烧室燃烧过程不稳定，以及发动机转子静态和动态的不平衡，发动机造成了很宽的振动谱。气流围绕飞机造成的交变气动力也是一个振源。在飞机起飞和降落的过程中，地面反作用力的影响既会引起起落架附件、刹车系统元件、起落架前轮转弯系统的振动，也会在滑行、起飞和着陆时引起结构弹性振动。以发动机为主产生的噪音干扰也是一个振源。

振动可对液压附件的疲劳强度产生明显的影响。当振动作用在液压附件的紧固件上时，由于惯性力的影响，结构元件将发生形变，并产生交变应力，如果这种应力达到最大值，将使机构元件发生疲劳损坏。当振动频率等于液压系统元件的谐振频率时，将发生共振现象，从由于振动现象而引起疲劳损坏的观点看，结构元件的共振现象最为危险，此时，振动元件将产生最大的应力。在振动的作用下，飞机液压系统的导管及软管接头处最易损坏，并由此导致液压系统外部密封失效。

2.4 油液污染度

液压油是飞机液压系统中用来传递能量的液体工作介质。液压油除了传递能量外，它还起着润滑、冷却、保护（防锈）、密封、清洁、减振六大作用。在液压附件中精密液压伺服元件愈来愈多，对液压系统工作介质的清洁度要求也愈来愈高。

液压油中的污染物主要是指包含在油液中的固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物等杂物。污染产生的原因主要有：

（1）液压附件在装配、加工、存放和搬运过程中，砂粒、切屑、磨料、焊渣、锈片和灰尘等在液压系统尚未投入使用前已被带入；

（2）液压系统工作过程中，通过往复运动的作动筒活塞杆、注入液压系统中的油液、油箱中流通的空气、溅落或凝固的水珠等使污染物进入液压系统；

（3）液压系统附件中的运动副在工作过程中不断产生的金属和密封材料的磨损颗粒、过滤材料脱落的颗粒和纤维、剥落的油漆碎渣等；

（4）地勤维护过程中带入的灰尘和棉绒等；

（5）油液变质后产生化学反应，使金属腐蚀，出现颗粒、锈片，使油液污染。

液压油污染严重时，液压元件磨损加剧，寿命缩短，引起内部泄露，使油温升高，功率损耗增大，效率降低。这些危害主要是由固体颗粒性污垢造成的。

如果在装配过程中液压系统管路掉入多余物，如铆钉、垫圈等，就极有可能堵住管路中细小的出油口，如节流活门阀口，那么，就会造成飞机液压系统功能突然丧失，可能会造成非常严重的后果。而且，这类故障通常又具有间歇性的特点，在故障检查中很难确认和排除。

污染物对飞机液压系统有着很大的危害，虽然在系统内通常设置较高精度的油滤可用来控制液压油污染度等级，实现系统可靠性的提高，但仍需要在飞机使用过程中的采用定期检查油液污染度和清洗液压附件的方法加强油液污染度控制，才能从根本上提高系统工作的性能，延长液压系统的使用寿命。

3 结论

综上所述，飞机液压系统附件的可靠性受到环境因素和工作因素等多重因素的影响，在飞机的维护、维修工作中，综合考虑飞机的使用环境和工作状态，进行有针对性的故障特性分析，制定预防措施，对于提高飞机液压系统附件的可靠性具有重要意义。