雷珊
航空工业西飞 陕西省西安市 710000
摘要：通过仿真计算、摸底试验和试验验证，对飞机液压放起落架系统进行了低温性能研究。系统低温性能试验结果与仿真计算结果吻合，试验验证了仿真建模的正确性，并针对仿真优化提出的改进方案进行了试验，验证了改进方案的合理性。
关键词：飞机；液压系统；低温研究
引言
随着液压技术的广泛应用，一些高寒地区和航空航天的液压系统经常工作在零度以下，甚至一些超低温液压系统的温度达-60 ℃ 。该温度远远低于普通液压油-30 ℃ 左右的倾点指标，倾点即油液冷却到能够流动的最低温度，倾点一般比油液的凝固点要高2 ℃~3 ℃，试验发现当油液温度降低到倾点以上10 ℃时，其低温流动性就不好了，液压油在此低温下，粘度会变大。
1低温液压系统的分类及降温方式
低温液压系统按其降温方式的不同分为两类，一种是指应用在寒冷室外低温环境中液压系统，这种液压由于在野外寒冷环境中长期放置，系统油液温度被降至0 ℃ 以下，此系统仅需克服启动开始时高粘度油温即可，随着系统运转油液温度迅速升高，考核的是液压系统的冷启动性能。如果启动温度过低，可采用在油箱内安装加热器或专门设计自吸能力强的齿轮泵循环加热系统等方案来解决冷启动问题。另一种是由于科研试验需要专门用制冷机组降温的低温液压系统。其降温方式目前一般采用以下几种：① 低温箱降温：将油箱直接放入低温箱或低温室内，将低温箱温度设置比所需油液温度低10 ℃ 左右，依靠低的环境温度降低油液温度；② 油箱直接降温：将制冷机组冷凝管按规律放置在油箱内，此种方式油箱体积较大，由制冷机组冷凝器直接降低油温，由于油液流动性差，此种方式降温较慢，效果一般；③ 系统循环降温：将制冷机组冷凝器连接到液压系统的低压管路上，油液流动强化与冷凝器对流换热，降温效果较好。
2液压系统低温仿真分析
以某型飞机起落架收放液压系统为例，研究低温对液压系统性能的影响，并进行优化分析，提出解决方案，最后通过试验验证。
2.1系统原理及建模
液压系统由液压泵源和收放起落架两部分组成。在起飞和着陆阶段，根据飞控计算机给出的信号，启动液压泵，液压泵将具有加热功能液压油箱的液压油压入系统内，在系统内形成压力，液压油经过单向活门后，流向液压电磁阀和起落架作动器等附件。收起落架时，起落架收上管路与供压管路接通，液压油流向起落架液压锁、起落架作动筒，先收上起落架，起落架收上到位后，碰撞协调活门，液压油经协调活门进入护板作动筒，收上护板;放起落架时，供压管路与起落架放下管路接通，先放护板，护板放下到位后，碰撞协调活门，液压油经协调活门进入起落架放下管路，将起落架放下;在起落架收上管路上装有单向限流活门组件，防止起落架放下速度过快。为了分析液压油黏度对飞机液压系统的影响，根据系统工作原理，在AMESim软件中利用液压库、液压元件设计库、平面机构库及信号库等建立液压系统模。信号库模拟作动筒的到位锁定机构，平面机构库搭建起落架、护板结构，液压元件设计库组建协调活门模型。
2.2液压油黏度特性
查阅飞机设计手册，15号航空液压油密度为833.3kg/m3，使用温度为－54℃～135℃。在－54℃温度下，运动黏度实测值1344mm2/s;在－40℃温度下，运动黏度实测值369.5mm2/s;在40℃温度下运动黏度实测值14.2mm2/s。15号航空液压油－25℃的运动黏度无数据，参考特性相对接近的12号航空液压油的黏－温度曲线。
将运动黏度γ转换为动力黏度η，转换公式为η=γρ，ρ为航空液压油密度，不同温度下15号航空液压油动力黏度见表1。
表1液压油黏度变化
仿真分析可知:在起落架收放过程中，液压油温度越低，液压泵输出流量越小，泵的吸油压力越小，低温下会严重影响液压泵的使用寿命;－55℃时系统流量过小，起落架收放时间为105s左右，不满足起落架收放时间不大于45s的要求。
综合分析考虑系统各方面性能，液压油温度达到-25℃时，系统性能不受温度影响，与常温下的性能指标接近。因此建议:在低温环境下将液压系统液压油温度加热至-25℃。
3液压系统低温问题摸底试验
液压系统低温问题摸底试验原理详见图4。将整套摸底试验装置安装在低温箱中，温度表8、吸油压力表9、供压压力表10、流量传感器11和压力表12通过软管接出低温箱外，以便于观察和数据记录。
4改进方案
在液压油箱壳体靠近前端盖的外表面上加装了PTC加热片，加热片安装在液压油箱底部和两侧，液压油被加热后可以迅速地实现热量传递。在液压油箱的前端盖上增加温度传感器和电连接器，温度传感器将液压油的温度反馈给飞机，飞机根据液压油温度控制液压油箱加热的启停。
5试验验证
为研究液压系统低温对系统的影响，并验证改进方案系统性能是否满足要求，在低温箱内按图5进行验证试验。在常温下进行起落架收放，记录试验数据;将试验装置在－55℃环境温度下储存一段时间，当液压油温度为－55℃，启动液压泵，进行放起落架试验，并记录数据;启动液压油箱加热，控制加热温度至－25℃，进行放起落架试验。
试验结果表明:在－55℃环境温度下，放起落架时间为90s，大于45s的总体技术要求;将液压油温度加热至－25℃时，放起落架时间22s，与常温下放起落架时间相差4s左右。综上所述，将液压油温度加热至－25℃，系统性能受低温影响比较小，既节约了飞机上电能的消耗，又能够满足总体技术要求。
结束语
以某飞机液压系统为对象，研究液压系统工作介质在低温环境下对系统性能的影响。在AMESim平台上建立液压系统模型，仿真不同温度下液压油黏度对液压系统性能的影响。通过仿真分析及优化，提出系统改进方案，并进行系统性能试验。试验结果验证了仿真模型的正确性及改进方案的可行性。
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论文作者:雷珊
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/25
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