风华网
当前位置:首页»科技

液压系统对飞机有多重要?

日期:2019-04-15 来源: 评论:

[摘要]首先, 谢 @周鑫 邀。每次回答问题都是对所学现有知识的一次梳理,使得思路更加清晰,也看到了不少网友的回答,也算是一种交流。最近处于考试期,未能在第一时间写上完整回答,略有遗憾。这篇回答是以Eike Stumpf教授的《System der...……

首先, 谢 @周鑫 邀。每次回答问题都是对所学现有知识的一次梳理,使得思路更加清晰,也看到了不少网友的回答,也算是一种交流。最近处于考试期,未能在第一时间写上完整回答,略有遗憾。

这篇回答是以Eike Stumpf教授的《System der Luft- und Raumfahrt》(航空航天系统)这门课为基础,趁着刚考完试编写的。以下是正文:

早前有句话非常有名,“大力出奇迹”,这正好与“液压系统在航空器上扮演的角色”这个话题有关。

如果我们观察早期莱特兄弟的早期航空器,我们可以发现,这架飞机进行操控主要通过绳索控制Elevator/Rudder进行转向(Yaw)/俯仰,通过改变重心位置达到Roll的效果。但是随着飞行器重量增大,飞行速度变快,仅靠人力已经难以满足控制面操控的需求,这就需要一个/多个供能系统起到一个能量倍增的作用。

现代大型飞行器主要有三大供能系统:电力Electric Energy,气动Pneumatics,液压Hydraulics。液压系统的能量主要来自于引擎通过齿轮箱带动驱动轴,驱动泵的工作,提高流体内部的压强(当出现紧急情况,如引擎不能正常工作时也可通过电力系统、气动系统驱动泵维持液压系统运转)。目前主要用两种泵,一个是Zahnradpumpe:结构简单,转速恒定无法调整压力,压强最大可达550bar;一个是Axialkolbenpumpe:结构复杂,转速恒定但通过调整倾斜盘使得压力可调,目前应用广泛。

图1:Zahnradpumpe

图2:Axialkolbenpumpe

图3:液压系统工作原理

液压系统的工作原理是通过泵,将储液罐中的液压用液体加压,并传送至工位上(高压流);而经过工位以后的液体又回到储液罐中(低压流)。虽然很少有人强调,但是非常重要的一点是,液压系统是持续工作的,也就是说:液压流体是持续流动的,只有在需要用的时候打开阀门,液体流向所需移动方向的活塞内。

图4:液压系统插图

图5:A320液压系统布置结构

以A320为例,主要装备了三套液压系统(避免由于单一系统故障导致飞机某一功能不能正常运转的问题)。绿色系统与橙色系统分担了液压系统大部分的工作,绿色系统能量来自于引擎1;橙色系统能量来自于引擎1,电力系统为Back-Up。也就是说,当引擎1不能正常运转时,橙色系统能通过电力系统驱动运转。绿色系统与橙色系统通过PTU(Power Transfer Unit)相连,及时引擎1失效了,绿色系统还是可以通过PTU向橙色系统借取能量的。蓝色系统是绝对的亲儿子,负责了飞机操纵非常关键的部分,其系统本身就由电力系统驱动,出现紧急情况时则由RAT(Ram Air Turbine)供能。三套系统各自独立,其中两套又可相连,确保万无一失。

图6:PTU

图7:RAT

液压系统的功能:

操控主要控制面:Elevator, Rudder, Aileron(原谅我Aileron不知如何翻译);

操控次要控制面:flaps, slats, spoiler, 平衡尾翼;

引擎系统:叶片(不旋转的,德语Leitschaufel)的角度控制,以及反推系统;

起落架系统:前起落架方向控制,起落架刹车系统,起落架的收放;

各种门的开闭等等。

图8:液压系统在高升力系统中的作用原理

至于为什么使用液压系统,其优势主要在于:

力量密度比较大;

重量相对于其功率而言较轻(约为电动机的1/14);

空间较小;

线性运动;

响应时间较短等等。

缺点在于制造精度要求高,易泄漏等问题。

因此AB两巨头也在不断研究开发新的替代产品,另一方面也是出于MEA(More Electrical Aircraft)发展的考虑。

Boeing在B787上用了Electro-Mechanical-Actuator,Airbus则在A380上用了Electro-Hydraustatic-Actuator。

图10:EMA

图11:EHA

关于液压系统完全失效的后果

我们不妨举个例子——水平尾翼的控制:

图12:Elevator控制简图

在液压系统完全失效的情况下是无法控制Elevator的,但可以通过平衡轮控制整个水平尾翼(同时也可同时控制两侧引擎的推理达到改变低/抬头力矩的目的)。

同样的,在液压失效的情况下,飞行员同样也可以通过脚踩踏板控制Rudder(改变左右两侧引擎的推力也可产生转向力矩)。其他控制面则已完全失去控制。

此时此刻又回到了本文最初提到的那句话:大力出奇迹!

希望本文对大家有所帮助,如有不同的意见,欢迎理性冷静地提出。

您至少需要输入5个字

相关内容

编辑精选

copyright © 2017 http://www.qcckw.com 风华网 版权所有