高锋

【摘 要】在飞机液压系统设计中，减少系统中的压力冲击，对于提高飞机的操纵品质和安全性具有重要意义。本文整理了飞机液压系统压力冲击抑制设计需求来源，分析了飞机液压系统压力冲击的产生机理，并给出了抑制压力冲击的设计要点。

【关键词】飞机液压系统；压力冲击；分析

0 引言

液压系统为飞机飞控系统、高升力系统、起落架系统等系统提供液压能作为动力，是现代大型军用和民用飞机中不可或缺的系统。液压系统的压力作为其关键指标，对用户系统的正常操纵有重大影响。因此，在飞机液压系统设计中，减少系统中的压力冲击，对于提高飞机的操纵品质和安全性，具有重要意义。

1 需求来源

1.1 适航条款要求

对于民用飞机设计，满足适航条款规定是基本要求。在CCAR25.1435c（2）液压系统中，要求“每个液压系统必须”“具有确保系统压力在每一元件的设计容量之内的措施，以满足CCAR25.1435（a）（1）至（a）（5）的要求。系统压力包括瞬态压力和由于元件内流体体积变化造成的压力，该元件能够在变化发生时保持密闭足够长的时间过程”[1]。

因此液压系统设计中需避免过大的压力冲击，保证系统内部和用户所有元件都在设计正常工作压力范围内工作。

1.2 系统设计规范要求

液压系统设计初期需确定系统规范，其中包括对系统正常压力范围和最大压力冲击的规定。该规范作为整个系统及元件的设计基础，其中规定的压力冲击范围必需保证，以避免设计过程中反复更改，影响项目进度。

1.3 液压系统用户要求

飞机设计作为一项大型系统工程，在设计中是分为许多工作包并行开展的。在设计初期，液压系统用户会与液压系统确定双方分界面处的压力冲击范围作为设计依据。该要求也是液压系统设计中必须保证的[2]。

2 产生机理分析

飞机液压系统压力冲击主要来自泵源和用户动作，在压力冲击的传递过程中，又会受到管路、油滤、阀、蓄压器等系统元件的影响，呈现复杂的特性。下面根据产生机理不同，对各种压力冲击产生机理和传递过程进行分析。

2.1 泵的压力冲击

飞机液压系统一般选用柱塞泵作为主要泵源。流量脉动是柱塞泵的固有特性。在柱塞泵及其附近的管路中，柱塞泵流量脉动产生的压力冲击占主导地位。其压力冲击频率与流量脉动频率相同，在相应液压泵工作过程中持续存在，呈现高频持续冲击的特性[3-6]。

在传递过程中，泵产生压力冲击受到管路振动特性和外部振动（如发动机振动）的影响。由于油滤的高阻抗，泵产生的压力冲击在油滤中衰减明显。在油滤之后的管路中，泵产生的压力冲击已经很难测量到。

2.2 用户动作产生的压力冲击

液压系统用户动作会产生流量需求，相应会产生压力波动。对于飞控系统和高升力系统，其作动器广泛采用伺服控制，其产生的压力冲击为作动器运动过程中反复的高频冲击。对于起落架系统，其选择阀打开会造成瞬时的大流量，对液压系统会造成瞬时压力冲击。

在用户压力冲击向系统传递的过程中，压力冲击会与系统中的管路、优先阀、蓄压器、油滤等发生作用，最终将压力冲击传递至液压系统的恒压变量泵，引起柱塞泵流量调节机构的变化，响应用户流量的变化。在液压系统中，这种压力冲击整体呈现靠近用户端压力冲击幅度大，而泵端压力冲击幅度小的特性。

对于飞控系统和高升力系统，其作动器广泛采用伺服控制，伺服阀在收到控制指令后，会产生瞬时大流量需求，流量需求在系统中形成压力冲击。由于伺服阀响应很快，可以在短时间反复改变流量需求，造成多组变化压力冲击。而液压系统由于管路和元件的存在及泵流量调节机构的固有频率限制，不能实时响应压力冲击。在极端不利的条件下，会造成压力冲击在系统内反复震荡得到加强，超出系统的设计范围。

3 设计要点

在液压系统的设计中，应注意以下设计要点，避免压力冲击影响系统性能。

3.1 液压系统动态特性设计

液压系统设计过程中，需对系统主要用户和系统中主要元件的动态特性进行匹配设计，避免出现压力冲击超出设计值。

对于液压泵附近的管路，需合理设计压力、吸油和壳体回油管路的长度和管夹布置，使管路各段的固有频率表避开液压泵流量脉动频率和发动机振动频率。柱塞泵流量脉动频率与柱塞泵的柱塞数和转速有关。因此在设计中，应当在管路初步设计时计算液压泵至油滤间各段管路的固有频率，并按照各飞行阶段中柱塞泵工况计算流量脉动的频率，使固有频率避开流量脉动基频和倍频[7-10]。

对于液压系统用户流量需求变化造成的液压冲击，首先应当提高柱塞泵的动态响应能力，保证在各用户流量需求出现同向变化的不利情况下，能够及时提够足够的流量变化。在保证液压泵具有足够的流量调节能力后，需核算压力冲击传递过程中管路、优先阀、蓄压器和泵的响应速度，避免在压力冲击传递过程中出现振荡。

3.2 原理性试验台的早期设计验证

由于液压系统压力冲击产生和传递机理的复杂性，仅靠分析和仿真并不能完全暴露设计问题。因此在液压系统原理性试验台设计和试验规划中，需进行动态特性试验，验证液压系统实际产生的压力冲击在正常范围内，确保项目的顺利进行。

4 结语

飞机液压系统的压力作为其关键指标，对用户系统的正常操纵有重大影响。在飞机液压系统设计中，减少系统中的压力冲击，对于提高飞机的操纵品质和安全性，具有重要意义。在飞机液压系统设计过程中，合理的选取液压系统压力冲击范围，才能在满足适航条款和各系统要求的前提下，在重量、布置、性能等方面得到良好的效果。对液压系统动态特性的合理设计和试验验证，是保证飞机液压系统压力冲击满足设计要求的必要措施。

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[责任编辑：王楠]