某大型飞机刹车蓄压器管路压力过高的分析与改进

(中航通飞研究院有限公司系统部， 广东珠海 519040)

引言

为了保证大型飞机刹车系统的高效运转，很多大型飞机均配备有刹车蓄压器[1-4]，同时在刹车蓄压器供油口处设置1个单向阀，以免刹车蓄压器高压油倒回液压源系统，在刹车系统非工作期间，刹车蓄压器所处管路将长时间处于“盲腔”。由于大型飞机航程大，所跨区域的环境温度变化也会较大，从而引起刹车蓄压器中气体压力的变化[5-6]，进而引起刹车蓄压器所处管路油液压力的变化，此压力可能会超过管路的耐压压力，给飞机带来危害，设计时应重点考虑[7-8]。

1 问题描述

某大型飞机从北方某城市A转场至南方某城市B的过程中，出现了刹车蓄压器压力达到了29.5 MPa的现象，远超出某大型飞机21 MPa的额定工作压力。经分析研究，此现象是由于城市A，B两地温差过大导致。若飞机起飞、着陆城市的温差进一步扩大的话，刹车蓄压器的管路压力将超过系统耐压压力， 甚至接近统爆破压力，从而导致管路破坏，刹车系统失效，给飞机带来危害。

2 产生原因及机理分析

2.1 产生原因

某大型飞机液压系统的额定工作压力为21 MPa，其刹车蓄压器压力管路设计原理图见图1。从原理图中可知：受进油单向阀的影响，刹车蓄压器到应急刹车阀之间封闭一段液压油，当温度变化后，该段管路液压压力会持续上升，为保证系统安全，需进行计算分析。

图1 某大型飞机刹车蓄压器压力管路设计原理图

2.2 机理分析

根据某大型飞机三维电子样机及主要附件参数计算，得出刹车蓄压器及其管路主要技术参数，见表1。

表1 刹车蓄压器及其管路技术参数

2018年11月，在北方某城市A(地面温度为-5 ℃)给某大型飞机刹车蓄压器充气，转场着陆至南方某城市B(地面温度为35 ℃)。根据热力学第一定律公式可得出[9-10]：

(1)

式中,p0—— 地面充气压力，8 MPa

V0—— 气腔总容积，6.069 L

T0—— 地面充气温度，-5 ℃

p1—— 4 km高度刹车蓄压器气压，21 MPa

V1—— 4 km高度气腔容积

T1—— 4 km高度温度，-29 ℃

p2—— 返回地面刹车蓄压器压力

V2—— 返回地面气腔容积

T2—— 返回地面温度，35 ℃

计算分为2步，第1步物理过程为：在北方某城市A地面充气结束后到飞行到4 km高空温度稳定阶段，温度降低导致气压腔压力降低，同时液压油冷缩，随后液压源系统给刹车蓄压器充油，直到21 MPa，最终状态为压力21 MPa，温度-29 ℃(按每上升1 km气温下降6 ℃计算)。将最终状态带入式(1)计算得4 km高度气压腔容积为V1=2.145 L，液压油容积V=V0-V1=3.924 L。第2步物理过程为：从城市A高空到城市B地面着陆后直至温度稳定阶段，温度升高导致油液膨胀[11-12]，随后气压腔容积变小，此时温度升高气压变大导致液压压力升高。油液膨胀体积公式为：

ΔV=α×ΔT×V

(2)

式中, ΔV—— 膨胀体积，L

α—— 体积膨胀系数，见表1

V—— 液压油容积，L

ΔT—— 温度变化，℃

将数据代入式(2)可得：ΔV=0.216 L，得出：V2=2.145 L-0.216 L=1.929 L，代入式(1)得p2=29.48 MPa。此数值与第1节中的“出现了刹车蓄压器压力达到了29.5 MPa的现象”问题描述相吻合。

3 改进方案及飞行试验验证

3.1 改进方案

通过上述计算分析，刹车蓄压器压力偏高的原因为：刹车蓄压器压力管路被进油单向阀封闭处于“盲腔”状态，当环境温度变化时，引起刹车蓄压器中充气气体的压力变化，进而影响刹车蓄压器压力管路的压力变化。为了解决此问题，某大型飞机在刹车蓄压器压力管路上加装了1个安全活门，安全活门开启压力为24 MPa，当管路上的压力超过24 MPa时，安全活门开启，将刹车蓄压器压力管路上的压力卸荷至回油管路，起到了保护系统的作用。某大型飞机刹车蓄压器压力管路改进后的设计原理图见图2。

图2 某大型飞机刹车蓄压器压力管路改进后的设计原理图

3.2 改进后的飞行试验验证

某大型飞机刹车蓄压器压力管路在加装安全活门后，重新进行了从低温地区起飞飞行至高温区域着陆的试验，飞行试验过程中监控了刹车蓄压器压力管路的压力，压力值变化情况如图3所示。从图中可以看出当刹车蓄压器压力管路的压力上升至24 MPa左右时，安全活门开启卸压，有效防止了刹车蓄压器压力管路的压力的持续上升。

图3 某大型飞机刹车蓄压器压力管路改进后飞行试验中的压力值

4 结论

(1) 某大型飞机刹车蓄压器管路为盲腔，在环境温度变化情况下，管路压力会升高；

(2) 某大型飞机在刹车蓄压器管路上加装安全活门后，有效解决了刹车蓄压器管路压力持续上升的问题，保障了刹车系统的正常工作，提高了系统可靠性及使用寿命；

(3) 大型飞机刹车蓄压器一般都较大，且所充气体较多，飞机在温度差异较大的两地跨越飞行时，气体受温度的影响引起刹车管路油液压力的变化，当两地温差越大，油液压力变化越大，过大的压力可能会引起刹车蓄压器压力管路破损，进而导致刹车系统失效，在飞机刹车系统设计时应考虑这个因素。