朱武峰，辛慶偉，嚴忠

(1．海軍航空工程學院青島校區(qū)，山東青島 266041;2．海軍航空工程學院，山東煙臺 264001;3．92514部隊，山東煙臺 266047)

0 前言

隨著全電、多電技術(shù)在飛機上的進一步發(fā)展，氣動技術(shù)在飛機上的應(yīng)用越來越少，但氣動技術(shù)仍然在一些重要系統(tǒng)中發(fā)揮作用。飛機減速傘氣動系統(tǒng)是實現(xiàn)飛機著陸減速的重要系統(tǒng)，由于其沿用了傳統(tǒng)的高壓氣動技術(shù)，其可靠性提升不大。據(jù)統(tǒng)計，2012年某系列飛機減速傘氣動系統(tǒng)共發(fā)生了72起故障(如圖1)，占減速傘系統(tǒng)故障的69．3%，屬多發(fā)性故障。其中，飛機在著陸時發(fā)生的減速傘意外拋傘、放不出傘、傘艙門打不開等故障，影響了飛行任務(wù)的完成。嚴重時飛機還因不能有效減速，發(fā)生了沖出跑道的事故征候，造成人員和設(shè)備的損傷，需要引起高度重視［1］。文中對某型飛機減速傘氣動系統(tǒng)進行了數(shù)值仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果提出了針對性的視情維修措施。

圖1 飛機減速傘系統(tǒng)故障統(tǒng)計

1 飛機減速傘氣動系統(tǒng)工作原理及仿真建模

1．1 工作原理

飛機在著陸過程中，通過剎車機構(gòu)和減速傘系統(tǒng)實現(xiàn)飛機減速。在飛機接地的初始階段，飛機滑行速度大，升力較大，剎車減速效能較低，主要通過減速傘產(chǎn)生的空氣阻力實現(xiàn)快速減速。在著陸后段，滑行速度較小(30 km/h～40 km/h)時，需要拋掉減速傘。減速傘系統(tǒng)的工作過程如圖2所示。

圖2 減速傘系統(tǒng)工作流程

以減速傘放傘工作為例，在飛機著陸過程中，飛行員在座艙內(nèi)首先按下放傘開關(guān)，發(fā)出放傘信號，通過電路使拋傘氣動電磁閥工作，主供氣源和拋傘冷氣瓶的來氣推動懸掛鎖作動筒活塞桿伸出，使懸掛鎖上真鎖;接著來氣打開懸掛鎖作動筒內(nèi)順序活門1(如圖3)，高壓氣體進入傘艙門鎖作動筒，活塞桿伸出后拉緊傳動鋼索，打開傘艙門鎖;然后，高壓氣體打開傘艙門作動筒內(nèi)順序活門2，進入傘艙門作動筒，活塞桿伸出打開減速傘艙門，減速傘在外部氣動力作用下，通過引導(dǎo)傘打開主傘，實現(xiàn)減速傘氣動增阻減速［2］。

1．2 仿真建模

根據(jù)飛機減速傘氣動系統(tǒng)工作原理，利用AMESIM 12．0軟件建立仿真模型如圖3所示［3-6］。氣動系統(tǒng)主要由主供壓氣源、放、拋傘氣動電磁閥、拋傘冷氣瓶、懸掛鎖作動筒、艙門鎖作動筒和艙門作動筒及相關(guān)管路等組成，其中以上幾個作動筒都是組合件，是由氣缸和順序活門等零件組成的。

圖3 飛機減速傘氣動系統(tǒng)仿真模型

根據(jù)實際情況，對主要附件的參數(shù)進行如下設(shè)置:

氣源壓力13 MPa;減壓閥出口壓力5 MPa;拋傘冷氣瓶壓力5 MPa，容積1．3 L;放、拋傘氣動電磁閥:通道面積50 mm2;懸掛鎖作動筒:最大伸出量為8 mm，在伸出5 mm后，打開順序活門1，氣體進入艙門鎖作動筒;作動筒承受正常載荷為176 N;艙門鎖作動筒:最大伸出量為5 mm，在伸出4 mm后，打開順序活門2，氣體進入艙門作動筒;作動筒承受正常載荷為120 N;艙門作動筒:最大伸出量為50 mm［7］，作動筒承受正常載荷F艙門為683．8 N(計算如下)。

式中:Cx為阻力系數(shù)(Cx=1．28);

ρ為空氣密度(ρ=1．226 kg/m3);

v為飛機著陸開傘速度(v=300 km/h):

S為減速傘艙面積(S=0．125 6 m2)［8］。

2 飛機減速傘氣動系統(tǒng)數(shù)值仿真

飛機減速傘氣動系統(tǒng)在使用過程中，有些參數(shù)會發(fā)生退化，如氣源壓力、閥口開度、調(diào)壓彈簧剛度、載荷、密封性等，需要找出這些退化參數(shù)對系統(tǒng)性能影響的作用規(guī)律。通過數(shù)值仿真，就可以定量地分析系統(tǒng)在退化參數(shù)作用下，其壓力、流量、載荷和速度等重要性能的變化，找到關(guān)鍵影響因素，有助于實現(xiàn)針對性的視性維修。下面以減速傘放傘慢導(dǎo)致放不出傘為例進行數(shù)值仿真。

分析圖1的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，飛機減速傘氣動系統(tǒng)的退化參數(shù)可歸納為:氣源壓力小、電磁閥開度不夠、機構(gòu)運動阻力過大、作動筒漏氣等，下面分4種情況對飛機減速傘氣動系統(tǒng)進行數(shù)值仿真。在數(shù)值仿真中，為了提高分析問題的針對性，假定在系統(tǒng)某個參數(shù)退化時，其他參數(shù)正常。

2．1 氣壓電磁閥前供壓壓力減小的影響

如圖3所示，氣壓電磁閥前供壓壓力的正常值為5 MPa，減壓器故障或附件漏氣將造成減壓器后系統(tǒng)壓力減小。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，造成系統(tǒng)氣源壓力小的故障有:氣源管路及附件漏氣(8起)、氣動減壓閥故障(27起)，以上故障共占減速傘系統(tǒng)故障的33．7%，屬多發(fā)性故障。

首先進行減壓器后供氣壓力減小的數(shù)值仿真，首先設(shè)置氣源壓力依次按0．5 MPa遞減，分別為5，4．5，…，1 MPa，然后對比分析在9種壓力下系統(tǒng)參數(shù)的變化情況。根據(jù)飛機維護規(guī)程可知，減速艙門正常開啟時間應(yīng)小于1．5 s，減速傘艙門的開啟時間過長讓飛行員感覺放傘遲鈍，還可能會引起阻力傘放不出的故障。下面計算從放傘氣壓電磁閥工作到減速傘艙門打開時間t艙門。

仿真結(jié)果如圖4所示。從圖中可以看出，當氣源壓力小于2．5 MPa以后，艙門作動筒完全伸出時間t艙門迅速增大并超過1．5 s。因此，壓力變化對t艙門影響顯著，是氣動系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)。

圖4 供壓壓力減小時t艙門數(shù)值仿真

2．2 氣動電磁閥開度減小的影響

氣動電磁閥故障28起，占減速傘系統(tǒng)故障的27．0%，屬多發(fā)性故障。氣動電磁閥的機械故障模式為漏氣、進氣活門開度小或打不開。下面以放傘氣動電磁閥進氣活門開度小為例進行分析。

放傘氣動電磁閥進氣活門可能因閥芯銹蝕卡滯或堵塞等原因造成開度減小，設(shè)置進氣活門按0．2 mm2遞減，其開度依次為2，1．8，…，0．2 mm2，仿真結(jié)果如圖5、6所示。進氣活門開度減小到0．6 mm2，艙門作動筒完全伸出時間t艙門大于1．5 s，此時電磁閥出口壓力已減小到2．94 MPa?？梢姺艂銡鈩与姶砰y的進氣活門開度對t艙門影響顯著，并與出口壓力明顯相關(guān)，是氣動系統(tǒng)的關(guān)鍵影響因素。

圖5 電磁閥進氣活門開度減小時t艙門數(shù)值仿真

圖6 電磁閥進氣活門開度減小時氣壓數(shù)值仿真

2．3 機構(gòu)載荷增大的影響

開啟艙門的載荷主要來自于兩個方面，一個是艙門開啟中的氣動阻力，另一個是作動筒伸出時的摩擦阻力。作動筒活塞桿、艙門鎖等因銹蝕阻力增大故障發(fā)生7起，占減速傘系統(tǒng)故障的6．74%開啟艙門的載荷按200 N遞增，其載荷值依次為:683．8，(683．8+200)，…，(683．8+200×8)N。仿真結(jié)果如圖7所示，機構(gòu)載荷增大到1 483．8 N后，艙門作動筒完全伸出時間t艙門大于1．5 s，機構(gòu)載荷增加量與t艙門的增加量基本成正比例關(guān)系。機構(gòu)載荷對t艙門影響顯著，是氣動系統(tǒng)的重要影響因素。

圖7 艙門開啟載荷增大時t艙門數(shù)值仿真

2．4 漏氣量增大的影響

作動筒漏氣故障發(fā)生2起，占減速傘系統(tǒng)故障的1．93%。假設(shè)艙門作動筒的活塞活動間隙逐漸增大，間隙值分別為:0．01，0．02，…，0．11 mm，仿真結(jié)果如圖8、9所示，間隙值增加到0．11 mm后，艙門作動筒完全伸出時間t艙門大于1．5 s，并且作動筒工作壓力減小至0．61 MPa。如果間隙繼續(xù)增大，艙門作動筒將不能伸出。因此，附件的氣密性與工作壓力直接相關(guān)，是氣動系統(tǒng)的重要影響因素。

圖8 艙門作動筒漏氣時t艙門數(shù)值仿真

圖9 艙門作動筒漏氣時氣壓數(shù)值仿真

3 飛機減速傘氣動系統(tǒng)維修及應(yīng)用

通過對飛機減速傘氣動系統(tǒng)的4個參數(shù)退化進行數(shù)值仿真可知，其中3個參數(shù)退化與工作壓力有關(guān)，而一個與載荷相關(guān)。在外場維護工作中，系統(tǒng)故障可能由一個或多個參數(shù)同時退化而產(chǎn)生，故障原因的判斷可能更為復(fù)雜。通過查閱相關(guān)飛機維護規(guī)程，發(fā)現(xiàn)目前的維修工作還可進一步改進和完善以提高維修效率。

3．1 增加在線壓力測量點

氣動系統(tǒng)的在線壓力測量點過少，目前，只能通過座艙內(nèi)的氣壓表顯示氣源系統(tǒng)的壓力，而對減壓閥以后的管路系統(tǒng)沒有測壓點。

根據(jù)仿真結(jié)果，氣源壓力正常，并不能保證減壓閥以后管路壓力一定正常。當減壓閥、電磁閥和作動筒等附件發(fā)生故障后，管路壓力會下降，對減速傘艙門開啟時間有直接影響。因此，需要在相關(guān)管路中增加3處測壓點，一是在減壓閥后;二是在放傘氣動電磁閥后;三是在艙門作動筒管路之前。有了這3處測壓點，可以較好地判斷系統(tǒng)故障原因，減少氣動附件的拆卸檢測與修理。

3．2 利用氣密測試儀發(fā)現(xiàn)漏氣部位

根據(jù)飛機維護規(guī)程，目前外場在線維護中，發(fā)現(xiàn)漏氣部位還是以聽聲、涂中性肥皂水等常規(guī)方法為主，對一些慢漏氣、內(nèi)漏等故障難以發(fā)現(xiàn)。隨著氣動技術(shù)的發(fā)展，一些先進的氣密測試儀在天然氣輸送儲存系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。如采用ECOSO品牌的壓縮空氣檢測儀和泄漏點掃描槍可作為實用的查漏工具，可快速實時地檢測出被測對象在當前工作壓力下的氣體泄漏流量，快速查漏堵漏［9］。

3．3 做好機構(gòu)的潤滑保養(yǎng)

定期對氣動系統(tǒng)的各作動筒及時進行潤滑保養(yǎng)，防止銹蝕卡滯造成作動筒工作時阻力過大。該系列飛機常處于海洋性大氣環(huán)境之中，而且減速傘系統(tǒng)位于發(fā)動機尾噴口上部，溫度較高，并處于相對密封狀態(tài)，一旦雨水和潮濕空氣進入難以排出，氣動系統(tǒng)傳動機構(gòu)和管路附件容易發(fā)生銹蝕［10］。需要做到雨后和潮濕季節(jié)及時通風排水，并做好潤滑和保養(yǎng)工作。另外，可以改進機構(gòu)的材料，采用耐腐蝕性好、自潤滑性好的材料，減小摩擦阻力。

4 結(jié)論

建立了減速傘氣動系統(tǒng)仿真模型，從系統(tǒng)的角度對減速傘放、拋傘工作性能進行動態(tài)分析，通過數(shù)值仿真，可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的維修方法手段的不足，運用新方法針對性地進行視情維修，做到數(shù)值仿真與傳統(tǒng)維修手段的深度融合，提高維修效率，保證飛機可靠安全運行。

［1］李玲，郭兵，蘇洪波．某型飛機冷氣系統(tǒng)常見故障分析及附件維護［J］．液壓氣動與密封，2013(9):55-57

［2］沈燕良，王建平，曹克強．飛機減速傘機構(gòu)的故障分析與改進設(shè)計［J］，機床與液壓，2004(7):183-184．

［3］付永領(lǐng)，祁曉野．LMSImagine．Lab AMESim系統(tǒng)建模和仿真參考手冊［M］．北京:北京航空航天大學出版社，2011．

［4］施開志．氣動系統(tǒng)主要元件的建模和系統(tǒng)仿真的研究［D］．哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學，2006．

［5］趙飛．基于AMESim的氣動系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)研究［D］．秦皇島:燕山大學，2010．

［6］SMC(中國)有限公司．現(xiàn)代實用氣動技術(shù)［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2013．

［7］蔡增杰，朱武峰，張勇．××型飛機構(gòu)造［M］．青島:海軍航空工程學院青島校區(qū)出版社，2008．

［8］徐華舫．空氣動力學基礎(chǔ)［M］．北京:國防工業(yè)出版社，1982．

［9］蔡茂林．壓縮空氣泄漏損失及其對策［J］．中國設(shè)備工程，2009(4):48-50．

［10］朱武峰，吳文海，李昆，等．飛機液壓附件海上環(huán)境加速試驗技術(shù)研究［J］．機床與液壓，2012(增刊)．