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飞机的液压系统故障分析【摘要】本论文主要阐述了飞机的故障及其排除方法,在近期对部分现役飞机的故障统计中，发现液压系统故障占飞机机械故障40左右。其中78的故障是由液压系统污染引起的。通过对故障的分析可知，污染所引起的故障主要是机件内部磨损、窜油、卡滞等形式，造成了飞机部件工作不稳定、性能恶化，甚至完全失效造成严重后果。关键词： 飞机故障 维修Abstract: The caption is the plane of the failure and the elimination method, in the recent part of existing aircraft fault statistics, found that of hydraulic system failure accounted for mechanical failure plane around 40%. 78% of the fault is caused by the hydraulic system of pollution. Through the analysis of the fault, it is known that the pollution caused by the fault is mainly parts wear, channeling oil, internal card sluggish and other forms, caused the airplane parts work is not stable, the performance deterioration, and even completely failure cause serious consequence. Key words: plane fault maintenance目 录1液压系统故障31.1 系统污染物引起的故障31.2 系统污染物出现原因41.3 系统污染物的预防及排除52 导管的破裂引起的故障72.1弯曲振动引起破裂分析72.2径向振动引起破裂92.3维护不良破裂102.4 液压导管破裂的预防及排除11结 束 语13文 献131液压系统故障液压系统中的故障是指飞机的液压系统由于老化、污染等原因致使系统故障、失效1.1 系统污染物引起的故障(1)固体颗粒污染物的危害 液压油中的固体颗粒污染物会加速附件的磨损，破坏密封，堵塞管路和节流孔，并使液压附件的活动配合面卡滞或划伤。具体危害如下研磨含有固体颗粒污染物的液压油类似研磨金属加工面所使用的研磨剂，这些颗粒硬度一般都很高，就像切削金属镀层的刀具而划伤或刺入金属内，加上液压附件高频运动，使颗粒与金属表面反复作用，导致镀层表面发生开裂或小碎片，发生硬化磨削。产生的金属颗粒，又将作为硬磨料参与磨损。吹蚀颗粒污染物随着高速流动的油液，又不断“冲刷”暴露在管道中的附件表面或棱边，使之不断遭到磨损性损伤，并使节流孔的孔径增大导致调节失灵。卡滞 由于颗粒污染物形状不规则，在油压作用下进入附件活动配合面的间隙内，造成卡滞或卡死而不能正常工作。(2)水的危害水进入液压系统中，主要危害如下 低温结冰，堵塞孔穴在飞行时，有一部分液压油是处于相对静止的，随着飞行高度升高，大气温度下降，使远离热源的液压油温度降低，如油液中存在游离水和乳化水，当温度下降一定程度，就可能结冰而堵塞系统中的节流孔和滤网。加速金属锈蚀，使金属表面磨损严重 液压油中的游离水会与液压油互相作用，生成沉淀和腐蚀性物质，使油液表面张力和黏度减小，从而破坏了附在金属表面的油膜，并使润滑性变差，加快金属表面的磨损和锈蚀。加速微生物繁衍生息，使油液污染加重液压油中水分子是微生物在油液中赖以生存的必要条件，尤其是乳化水能为一些有害细菌提供生存的环境；由于微生物能产生酸性物质，从而加速了化学腐蚀过程，加剧了液压系统中附件的腐蚀。（3）气体的危害液压系统中的气体，主要危害有以下几方面。产生气穴，引起汽蚀溶解在油液中的气体当压力下降到一定程度时，就会呈微小气泡游离出来而悬浮在液体中，当气泡进入高压区时，就会受到绝热压缩，最后溃灭，使高压油液以很高速度冲向气泡中心，互相摩擦和撞击，使温度和压力骤然升高(局部温度可达1000。C)。这种局部撞击发生在固体壁上，将加剧附件表面的氧化腐蚀；如气泡进入系统传动部件中，则传动动作迟缓，甚至出现传动时快时慢或爬行现象；此外，气穴还会使液压泵气塞，导致供油量迅速下降并使油压脉动加剧。破坏润滑，加速油液氧化变质 油液中的气体会使附在零件表面的油膜遭到破坏，从而减弱油液的润滑性，使相对运动零件出现黏合磨损；而且，在高温高压的环境下，气体也易造成液压油氧化变质，生成有害的酸性物质或胶状沉淀物，腐蚀金属部件。1.2 系统污染物出现原因(1)污染物的来源液压系统污染物的主要来源是外部进入和内部生成。 污染物的外部进入外部进入是指在制造和维修工作中残留或带入系统的污染物，主要是：a制造和装配过程中残留在附件内部的金属屑、焊渣、型砂及清洗剂等污染物；b与飞机连接的地面设备的软管与接头等带入的污染物；c机务人员加油不用漏斗或雨雪天不注意防护带入的污染物；d换装附件时带人的污染物；e擦洗附件过程中带人的纤维等污染物；f系统附件外伸部分的往复移动等带入的污染物污染物的内部生成 内部生成主要指系统工作时因磨损、氧化和锈蚀等因素而产生的污染物，主要是：a附件活动配合面，密封件在工作时频繁摩擦并磨损而产生的金属、密封材料等污染物；b液压油的分解、氧化及对附件的腐蚀等产生的污染物。(2)系统污染原因、根据调查分析，造成目前飞机液压系统污染严重的主要原因有以下几点。油液本身抗污染能力差 飞机液压系统采用10号航空液压油，这种油液虽然有良好的性能，如沸点高、凝固点低、润滑性较好、对金属腐蚀小及具有机械稳定性和化学稳定性等优点。但随温度升高，液压油的润滑性会大大下降，特别是当混有其他液体和气体后极易氧化变质，从而失去良好的性能。 对污染控制的重要性认识不足 由于有关人员缺乏油液污染控制的基本知识，不清楚系统污染的原因和防止污染的重要性，尤其是对超期服役的飞机污染控制不重视，致使一些机务人员在工作中不能自觉做好防污工作。对油液污染控制的标准落实不力虽然目前颁布了以GJB 3058为中心并且与液压系统总规GJB 638A相协调的液压污染控制标准体系，明确了飞机液压系统污染度验收和控制水平，以及液压系统要附件污染度验收水平和液压系统污染度分级和检测等。但由于各种原因得不到贯彻和执行。 监督管理制度不够完善 由于没有专门负责管理污染控制工作的部门和人员，对机务工作中进行污染控制也没有明确规定，且缺乏有效的监管理机制，往往造成地面液压设备和加油用具等无专人管理；油料的存放、运输和使用无法实施有效污染控制；少数机务人员防污的思想观念淡薄，在拆装、加油、试验等实际工作中不按规定要求进行，如拆卸附件后不按规定包扎，附件分解安装前不按规定清洗，拆装和分解附件时动作粗野造成划伤等，也是导致目前飞机液压系统污染严重的一个重要原因。设计、检测手段不符合现代油液污染控制的要求飞机在设计过程中对液压系统污染控制考虑不足，这种情况尤其在相对落后的飞机中更为突出。一些飞机上缺少油液污染自动检测装置，而液压系统和地面设备中所用的油滤精度又很低，这些都不满足对系统进行有效过滤和清洗的需要，因此无法对系统污染实施有效的控制。且油箱采用开启式加油压缩空气增压，极易使杂物进入油液氧化和污染；另外部队没有适用的液压系统清洗车，检测设备和方法相对落后，也使得污染不能做到超前预防，彻底消除，是造成系统污染的另一个重要原因。1.3 系统污染物的预防及排除液压系统的污染防治是一项系统工程，必须由飞机的设计、制造、修理、维护以及油料供应等部门协调一致才能取得良好的效果。为有效防治液压系统污染，应重点做好以几方面工作。(1)提高对污染控制的重视程度 要使机务人员明确污染控制工作的重要性、艰苦性和长期性；加强条例、规程、法规、细则的学习，特别是有关污染控制标准、知识和规定的学习，使之在机务工作中一切按规章制度办事，养成良好的机务作风，培养防污染的自觉性。(2)要认真监控容易造成污染的各个环节 主要是以下几个方面。严格防止从各种接口，如加油口、吸油接头、增压接头和蓄压器充气接头混入污染物；严格防止在加、拆、装、换的过程中混入污染物。加入液压系统、附件、试验和保障设备的液压油必须符合规定的污染度要求；各种化验、批准手续齐全；加油前要检查、过滤，而且加油车也必须有良好的防雨性。避免附件在分解、装配、调整和试验等一系列维修活动中混入污染物，修理全过程都要采取有效的污染控制措施。要经常、仔细地检查油液污染状况，要不断提高测试设备性能和改进监控手段，以便对污染实施有效控制。对污染严重的系统清洗合格后，必须加强监控。地面保障设备应按规定保养，使其处于良好状态，并严格管理制度和操作规程，避免由于违规操作而使系统严重污染，造成重大经济损失。飞机液压导管破裂故障分析及排除飞机液压系统工作压力较高，流量脉冲大，存在液压撞击并伴随有高频压力振荡；加之液压油的循环使用也使其极易被污染。如果飞机液压导管设计不合理，弯曲过多，会导致液压导管易破裂。近几年多次出现飞机液压导管破裂的故障。飞机液压导管破裂实际上是一种疲劳破坏，由于在液压导管上存在交变载荷的作用，通过对飞机液压导管进行受力分析可知，导管在工作中的受力形式主要表现为弯曲振动和径向振动。2 导管的破裂引起的故障导管的弯曲振动，径向振动引起破裂，维护不良引起破裂等原因，这种故障会致使飞机的操纵失灵，引起灾难2.1弯曲振动引起破裂分析导管的弯曲振动是指导管受到反复弯曲的作用。这种弯曲作用通常在导管固定夹子间相互距离较远时更为强烈。由于金属导管是靠夹子固定在飞机和部件上的，当飞机或部件振动时，就会迫使固定在其上的导管发生振动。因为飞机的振动是不可避免的，而飞机上各个部位的振动频率和振幅常常不同，所以也就由此产生导管的弯曲振动。如果迫使导管振动的作用力过大，或者受力的变化频率和导管的固有频率相近而产生共振时，就可能使导管在短期内产生疲劳裂纹而破裂，尤其是当导管某处有损伤时，就更有可能在该处发生破裂。当导管本身弯曲时，如果管内流体压力脉动，也会引起导管的弯曲振动。如下图所示，在弯曲部位任意取两截面AA和BB(两截面不平行)，两截面上油液作用力FA和FB会形成一个垂直于导管轴线的合力F。当油液压力周期性变化时，F也周期性变化，迫使导管产生弯曲振动。特别是油压脉动强烈或合力F的变化频率与导管的固有频率相近时，就会引起导管的强烈弯曲振动图2-1-1导管的弯曲振动表面应力分析而在液压系统中，液压泵的出口流量脉动，遇到管路系统阻抗之后，就转换成了压力脉动，尤其是当突然打开和关闭液压控制阀时，管路中会引起液压撞击，产生比原来大几倍的瞬间压力，它们都会引起较大的液压脉动；另外液压撞击时，油液压力要发生高频振荡，从而使导管受到高频重复的载荷作用。试验证明，某段导管所能承受的最大压力高达5060MPa，但它所能承受的高频重复载荷仅为7510MPa；所以这些地方的导管就易发生破裂。例如，某一型飞机主、副液压泵出Vl导管，由于压力脉动大，导管本身弯曲，而且刚度大，安装困难，易产生安装应力；加上该部位空间小，拆卸液压泵时也易损伤导管，从而导致该导管多次破裂。由于导管弯曲振动时，往往在导管支撑点和连接点附近产生的应力最大，且最大正应力位于导管横截面上离中性轴最远的A、B两点处，如下图所示。 2-1-2导管弯动面应力分析因此导管产生的疲劳裂纹是沿圆周方向，而且由外壁向内壁逐渐扩展。2.2径向振动引起破裂分析在流体压力的作用下，导管将沿半径方向稍稍向外扩张(发生径向变形)，当油液压力周期性变化时，导管就会产生径向振动。当导管横截面为圆环形时，管壁上沿圆周方向的应力分布是均匀的，导管不易破裂；而对于横截面呈椭圆环形的导管，如下图所示，内部油压力将迫使导管的横截面恢复圆环形，从而在管壁曲率最大的部位(M和N的纵截面处)产生最大应力，同时该处也易产生应力集中，所以随着振动次数增加，导管就容易在该处出现疲劳裂纹。2-2-1径向震动受力图由于椭圆环形截面往往存在于导管弯曲度较大的地方，导管内壁(C和D处)比对应的外壁沿圆周方向的拉伸应力大，加之当液压油污染时，导管内壁又易被腐蚀，所以常常先在导管内壁产生裂纹，然后向外扩展成纵向裂纹。例如，某型飞机助力系统中，蓄能器与单向阀连接导管，因为受到液压泵出口高压脉冲的影响，加之液压导管弯制时，其椭圆度约为96，远大于承受压力脉动的导管应不大于6V00的要求，导致产生纵向裂纹达9mm。2.3维护不良破裂在机务工作中，如果对导管不按要求进行修理和维护，就可能使导管产生磨损、压伤(划伤)、变形和腐蚀，而这些都会使导管损伤，在振动作用下，就可能导致导管破裂。引起导管损伤的情况主要有以下四种。 (1)导管弯曲不良 在导管弯制时，如不按规定操作，在弯制部位就会出现较大的椭圆度，在管内油压脉动时容易产生纵向裂纹；如果导管弯曲半径过小，就会导致导管外侧管壁变薄过多，内侧管壁存在皱纹，会使导管存在很大的内应力，强度大大减弱，在强烈振动时，导管就易产生横向裂纹。(2)导管与周围机件间隙过小 由于飞机结构设计紧凑，导管安装空间狭小，而且有些导管布局、走向不合理，加上拆装时导管变形，卡箍松紧度不合适，使导管与其他导管或机件之间的间隙过小，致使导管可能发生振动磨损(导管与固定件间的磨损)和运动磨损(导管与运动件的磨损)。(3)导管安装固定不符合要求导管周围空间一般很小，这就给拆装导管和部件带来困难，有时角度不对就强行连接，使导管发生变形，产生安装应力，而在拆装导管和部件时很容易碰伤导管，导致其强度下降。例如，某一型飞机球形蓄能器和副翼助力电磁开关之间的导管，由于刚度大，难安装，常常在安装过程中使导管变形和损伤，而且该段导管在电磁开关工作时又易产生液压撞击，使油液压力发生高频振荡，导致该导管多次破裂。另外，导管夹子固定有时过松，使导管与夹子发生摩擦，振动加强；有时过紧，使导管表面(特别铝管)易被夹伤变形，这些情形都易导致导管破损 (4)导管的腐蚀 由于液压系统容易被污染，这样含有固体污染物的液压油类似于研磨金属加工面所使用的研磨剂，增加了油液和导管内壁的摩擦，而且通常固体污染物颗粒的硬度比导管内壁材料的硬度要高得多，这样就加速了导管内壁的磨损，甚至划伤内壁。特别是当流体的流速高且不稳定时，就会使导管内壁材料受到冲刷而剥落。当液压油中含有水分时，就促使液压油形成乳化液，降低了液压油的润滑作用，必然导致导管内壁的磨损和锈蚀。当液压油中含有大量气泡时，在高压管路中气泡受到压缩，周围的油液便高速流向原来由气泡所占据的空间，引起强烈的液压撞击，在高压的液体混合物冲击下，导管内壁受腐蚀而剥落。另外，如一个直径为25mm的空气泡，如果在几毫秒内从一个大气压压缩到50MPa，气泡中的温度将升至2500，这种效应如发生在导管内壁附近，内壁将被烧伤而腐蚀。此外，导管的外表面经常会沾上水分、油泥和尘土，如果保护层破坏，就很容易产生腐蚀，导致强度下降。2.4 液压导管破裂的预防及排除提高维修人员的技术水平，在弯制和安装导管时，不仅要严格按有关技术要求进行，而且导管最小弯曲半径和椭圆度应符合规定；压力脉动导管不大于6，其他不大于12。在安装导管时，固定应牢靠，管夹相互问距离应符合规定；对振动强的导管，管夹处应装减振垫，以减弱导管的振动；在导管与机件连接时，先固定好附件接头，再固定导管，以防导 管受扭，切不司强行安进行管路设计时，在安装难度大、压力脉动和振动较大的地方可考虑采用氟塑料管来代替金属导管。这样，一方面可以减小安装难度，避免在安装时损伤导管；另一方面软管 也可吸收压力脉动，并起到隔振的作用，从而降低了管路所受的载荷。管道要尽可能短，走向应呈流线型，尽量减少接头和弯头；要充分考虑飞机的振动和油压脉动而引起的导管共振问题，尽量避免导管共振的危险区域，一般认为wfwd为053的范围是产生共振危险区域。其中Wf为飞机或部件振动频率，Wd为导管固有频率，而Wd与导管两支撑点之间 的距离平方成反比，所以要求两支撑点间的距离要适当，且在维护中不能随便改变支撑点的位置，更不能去掉支撑点。 装。在维护工作中，不得随意踩踏、拉压导管，更不允许用金属工具敲打导管，以防止导管出现机械损伤；要经常擦去导管表面的油污和尘土，把好加油关、拆装关、接地面液压泵关。做好液压系统防污染工作，以防止导管腐蚀，要特别加强导管与部件之间的间隙检查，间隙要符合要求，即导管与固定件间隙应不小于3mm，与活动件间隙不小于5mm，以避免导管磨损。对飞机上油液温度和环境温度变化较大的导管，在安装时要考虑热膨胀补偿问题，以减小热应力的影响。建议对工作条件恶劣、经常拆装、故障率高、影响较大的导管，要合理确定其使用寿命和特定检查，以弥补飞行后检查的局限性，以便提前发现问题。在满足系统性能要求的前提下，应考虑在易产生液压撞击的地方，安装合适的蓄能器或消振器，并尽量采用带缓冲装置的液压元件，减弱液压脉动，防止产生液压撞击。文 献1 ：著者.书名M.版本（.翻译者）.出版地：出版者，出版年.起止页码2 ：