苗紅濤

摘? 要：起落架是實(shí)現(xiàn)直升機(jī)著陸、停放、滑行、滑跑的重要部件，緩沖器是起落架組成中的核心部件，緩沖器充氣壓力檢測(cè)是直升機(jī)的日常維護(hù)工作之一，常規(guī)充氣壓力檢測(cè)方法必須先將直升機(jī)頂起，操作準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)且在復(fù)雜環(huán)境下的操作受限，該文提出一種無(wú)須頂起直升機(jī)，在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行充氣壓力檢測(cè)的方法，不僅能夠縮短維護(hù)準(zhǔn)備時(shí)間，提高直升機(jī)使用效率，也能滿足復(fù)雜地形下起落架氣壓檢測(cè)的維護(hù)需求。

關(guān)鍵詞：直升機(jī);起落架;充氣壓力檢測(cè)

中圖分類號(hào)：V226? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

起落架是直升機(jī)上的重要部件，主要用于實(shí)現(xiàn)直升機(jī)著陸、停放、滑行、滑跑等操作，同時(shí)要具備緩沖著陸、著艦載荷，降低著陸、著艦過(guò)載的功能，核心部件為緩沖器，目前大部分緩沖器采用油氣式結(jié)構(gòu)，最簡(jiǎn)單的緩沖器的原理模型如圖1所示，其物理結(jié)構(gòu)包括2個(gè)筒體（活塞桿和外筒）和一個(gè)節(jié)流閥，分離活塞用于物理隔離油液和氣體，由2個(gè)筒體包圍組成了緩沖器的內(nèi)部腔體，內(nèi)部腔體被節(jié)流閥和分離活塞隔離成3個(gè)腔體，分別是壓油腔、回油腔和氣腔，油腔內(nèi)充填一定體積的液壓油，氣腔內(nèi)充填一定壓強(qiáng)的工業(yè)氮?dú)?，這3個(gè)腔體和節(jié)流閥構(gòu)成了油氣式緩沖器實(shí)現(xiàn)緩沖功能的4個(gè)必備的基本要素。

正確的緩沖器充氣壓力是保證起落架性能的前提，因此在直升機(jī)的日常檢查維護(hù)工作中，定期檢測(cè)緩沖器充氣壓力是一項(xiàng)重要工作，由于初始充氣壓力是指在緩沖器全伸長(zhǎng)不受載的情況下的氣腔壓力值，因此常規(guī)檢測(cè)方法在檢測(cè)前必須先用千斤頂頂起直升機(jī)，確保起落架完全離地，緩沖器處于全伸長(zhǎng)狀態(tài)，再使用壓力表測(cè)量氣腔壓力值，并與規(guī)定的初始值進(jìn)行對(duì)比，判定充氣壓力值是否合格。

由常規(guī)氣壓檢測(cè)方法可以看出，用千斤頂頂起直升機(jī)是充氣壓力檢測(cè)前的必要工作，這不僅增加了維護(hù)準(zhǔn)備時(shí)間，更重要的是在某些復(fù)雜地形下，如果不能實(shí)現(xiàn)直升機(jī)頂起操作，就無(wú)法進(jìn)行起落架充氣壓力檢測(cè)工作。象在艦面上，艦船受海浪影響時(shí)常處于搖晃狀態(tài)，頂起直升機(jī)的難度和風(fēng)險(xiǎn)大大增加，因此一般在艦面上不允許頂起直升機(jī)，起落架的氣壓檢查和充氣工作只能在陸基完成;象在崎嶇斜坡路面或松軟沙地都不便于直升機(jī)頂起操作，均無(wú)法實(shí)現(xiàn)緩沖器充氣壓力檢測(cè)。

所以提出一種非頂起直升機(jī)狀態(tài)下的緩沖器充氣壓力檢測(cè)方法很有必要，這樣不僅能大大縮短維護(hù)保障時(shí)間，提高直升機(jī)使用效率，更能在復(fù)雜地形實(shí)現(xiàn)對(duì)起落架緩沖器的充氣壓力檢測(cè)，滿足起落架氣壓檢測(cè)的維護(hù)需求。

1 緩沖器工作原理

以單腔緩沖器為例對(duì)緩沖器工作原理進(jìn)行說(shuō)明。通常把如圖1所示的緩沖器稱為單腔緩沖器，是指它只有一個(gè)氣腔。

單腔緩沖器工作原理為直升機(jī)著陸時(shí)，著陸載荷推動(dòng)緩沖器壓縮，緩沖器內(nèi)腔總體積減小。由于節(jié)流閥和活塞桿是固定在一起的，因此活塞桿壓縮時(shí)壓油腔體積會(huì)減小，油液由壓油腔通過(guò)節(jié)流閥流入回油腔，進(jìn)而推動(dòng)分離活塞運(yùn)動(dòng)，回油腔體積增大，氣腔體積減小，氣體被壓縮。在該過(guò)程中，由于氣體被壓縮，壓力增大，相當(dāng)于一個(gè)彈簧，吸收一部分著陸能量，此外油液通過(guò)節(jié)流閥時(shí)會(huì)損失一部分壓力，也會(huì)消耗一部分能量，最終通過(guò)氣腔“彈簧”和油液阻尼實(shí)現(xiàn)起落架吸收著陸能量、緩沖著陸載荷、降低著陸過(guò)載的功能。

由緩沖器工作原理看出，如果要檢測(cè)緩沖器初始充氣壓力，必須頂起直升機(jī)，使起落架完全卸載離地，緩沖器處于全伸長(zhǎng)狀態(tài)。而當(dāng)直升機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)，起落架處于承載狀態(tài)，緩沖器在載荷作用下會(huì)被壓縮，氣腔充氣壓力升高，此時(shí)氣壓值必定與初始值不一致，僅檢測(cè)氣壓值無(wú)法判定初始?xì)鈮褐凳欠裾_。同時(shí)，起落架承受的停機(jī)載荷與直升機(jī)重量、重心位置均有關(guān)，當(dāng)重量重心變化時(shí)，停機(jī)狀態(tài)緩沖器氣壓值也隨之變化，所以停機(jī)狀態(tài)緩沖器充氣壓力值不是定值。

雖然在直升機(jī)停機(jī)狀態(tài)檢測(cè)氣壓值無(wú)法判定初始?xì)鈮褐凳欠裾_，但根據(jù)工作原理也能發(fā)現(xiàn)：當(dāng)緩沖器全伸長(zhǎng)狀態(tài)（活塞桿全伸長(zhǎng)），氣腔壓力為初始值;當(dāng)緩沖器被壓縮，活塞桿外伸量縮短，氣腔壓力值升高;而且活塞桿外伸量越短（即緩沖器壓縮量越大），氣腔壓力值越高。假設(shè)該過(guò)程中緩沖器運(yùn)動(dòng)十分緩慢，可近似認(rèn)為符合理想氣體定律（在試驗(yàn)室進(jìn)行緩沖器靜壓試驗(yàn)時(shí)得到了驗(yàn)證），即氣腔壓強(qiáng)p、體積V、環(huán)境溫度T符合理想氣體狀態(tài)方程pV=nRT（其中，n為物質(zhì)的量，R為氣體常量）。因此，如果能依據(jù)理想氣體狀態(tài)方程確定氣腔壓力值與活塞桿外伸量的關(guān)系，形成氣腔壓力—活塞桿外伸量曲線，便可通過(guò)對(duì)照該曲線判定充氣壓力值是否合格。

2 活塞桿外伸量與氣腔壓力值關(guān)系

圖1為一般單腔油氣式緩沖器結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)緩沖器工作原理，對(duì)活塞桿外伸量與氣腔壓力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行理論推導(dǎo)。由理想氣體定律可知，溫度也是變量要素，因此，推導(dǎo)過(guò)程考慮環(huán)境溫度因素。

假設(shè)緩沖器初始全伸長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)，環(huán)境開(kāi)氏溫度為TO，氣腔壓力為P0，氣腔體積為V0，緩沖器外伸量為X0，計(jì)算當(dāng)環(huán)境開(kāi)氏溫度為T1、對(duì)應(yīng)緩沖器氣腔壓力值為P1時(shí)的外伸量X1。推導(dǎo)過(guò)程如下：

當(dāng)緩沖器外伸量為X1時(shí)，緩沖器被壓縮，壓縮長(zhǎng)度為（X0-X1），此時(shí)油液被擠壓，由于油液的不可壓縮性，油液會(huì)通過(guò)節(jié)流閥上的油孔進(jìn)入回油腔，同時(shí)擠壓分離活塞，進(jìn)而壓縮氣腔體積，使氣腔壓力升高。此時(shí)，

流入回油腔的油液體積等于氣腔被壓縮的體積：

得出活塞桿外伸量X與緩沖器充氣壓力值P之間的理論關(guān)系，依據(jù)該關(guān)系式，可得出環(huán)境開(kāi)氏溫度為T1時(shí)的X-P曲線，如圖2所示。

依據(jù)X-P曲線進(jìn)行充氣壓力檢測(cè)時(shí)，只需測(cè)量停機(jī)狀態(tài)時(shí)緩沖器實(shí)際的氣壓值PS和活塞桿外伸量XS，并在X-P曲線中查找P=PS時(shí)對(duì)應(yīng)的理論外伸量值XL，X=XS時(shí)對(duì)應(yīng)的理論充氣壓力PL，如圖3所示，并將XS與XL進(jìn)行對(duì)比，可得出以下結(jié)論：

（1）如果XS=XL，則PS=PL，表明充氣壓力正常。

（2）如果XS

（3）如果XS>XL，則PS>PL，表明充氣壓力過(guò)高，應(yīng)在保持外伸量XS不變的情況下，在停機(jī)狀態(tài)將氣壓降至PL。

考慮實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中存在工程誤差，應(yīng)設(shè)定實(shí)測(cè)外伸量與理論外伸量之間的誤差閥值△X，并在檢測(cè)過(guò)程中計(jì)算實(shí)測(cè)值與理論值之間的偏差是否超出預(yù)定閥值，具體判定結(jié)論如下：

（1）如果|XS-XL|≤△X，則PS符合要求，表明充氣壓力正常。

（2）如果|XS-XL|>△X，且XS

（3）如果|XS-XL|>△X，且XS>XL，則PS>PL，表明充氣壓力過(guò)高，應(yīng)在保持外伸量XS不變的情況下，在停機(jī)狀態(tài)將氣壓降至PL。

3 緩沖器充氣壓力檢測(cè)步驟及示例

依據(jù)該文推導(dǎo)出的單腔緩沖器X-P曲線及判定結(jié)論，直升機(jī)停機(jī)狀態(tài)起落架充氣壓力檢測(cè)的流程可按圖3進(jìn)行，具體步驟如下：

（1）根據(jù)緩沖器結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算得出緩沖器外伸量與充氣壓力之間的“X-P”曲線，并確定外伸量偏差閥值△X;

（2）用尺子測(cè)量緩沖器外伸量XS。

（3）用壓力表測(cè)量緩沖器充氣壓力值PS。

（4） 在“X-P”曲線中查找壓力PS對(duì)應(yīng)的緩沖器理論外伸量XL，計(jì)算|XS-XL|，若|XS-XL|≤△X，則充氣壓力正常，檢測(cè)結(jié)束。

（5）若|XS-XL|>△X，應(yīng)在起落架上安裝伸縮限制器，確保緩沖器外伸量XS不變，同時(shí)，若XS

示例：

根據(jù)某型直升機(jī)起落架緩沖器低壓腔初始外伸量、氣腔充氣壓力、結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算出“緩沖器外伸量—充氣壓力（X-P）”曲線，如圖4所示，圖4中橫軸表示起落架緩沖器低壓腔充氣壓力，單位MPa;縱軸表示起落架緩沖器低壓腔活塞桿外伸量，單位mm。緩沖器外伸量偏差閥值△X=5mm。

當(dāng)直升機(jī)非頂起狀態(tài)檢測(cè)到緩沖器充氣壓力PS=3.00 MPa，低壓腔活塞桿外伸量XS=250 mm;在圖4中對(duì)應(yīng)標(biāo)記的實(shí)測(cè)值點(diǎn);對(duì)照?qǐng)D4曲線查到，3.00 MPa對(duì)應(yīng)的理論外伸量XL=302 mm，250 mm對(duì)應(yīng)理論充氣壓力PL=3.78MPa。依據(jù)判定流程，|XS-XL|=52>△X，且 XS

4 結(jié)論

該文提出一種基于理想氣體定律的起落架非頂起狀態(tài)充氣壓力檢測(cè)判定方法，該方法依據(jù)理想氣體狀態(tài)方程推導(dǎo)出單腔緩沖器外伸量與充氣壓力的關(guān)系式，并形成“X-P”曲線和充氣壓力檢測(cè)判定流程。依據(jù)該流程可判定其實(shí)測(cè)外伸量和充氣壓力值是否正常，并確定理論充氣壓力值。該方法可實(shí)現(xiàn)在非頂起直升機(jī)狀態(tài)下對(duì)起落架進(jìn)行充氣壓力檢測(cè)，不僅縮短了維護(hù)檢查時(shí)間，而且能滿足在復(fù)雜地形對(duì)起落架進(jìn)行氣壓檢測(cè)的維護(hù)需求，具有工程應(yīng)用價(jià)值。

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