多电飞机液压系统浅析

陈才

(上海飞机设计研究院,中国 上海 201203)

【摘要】通过对多电飞机B787及A350飞机的液压系统进行研究,讨论了在多电飞机下液压系统的主要特点

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关键词 多电飞机液压系统;多电技术;民用飞机

【Abstract】this paper is to discuss the main characteristics of hydraulic system in More Electric Airplane by researching the hydraulic system of B787 and A350.

【Key words】More Electric AirplaneHydraulicSystem;Multilevel technology;Civil aircraft

0前言

多电飞机的研究水平是一个国家综合技术水平的体现,同时也是经济发展水平的重要特征,随着多电技术的逐步成熟,在民用飞机上的应用也越来越广泛。多电技术改变了传统的飞机设计理念,用电力系统取代部分原来的液压、气动、机械驱动系统的飞机,使飞机的次级功率尽量多地用电的形式分配。

宽体A350、B787,开启了民用飞机多电应用的先河,相比其他飞机,他们都有跨越式的进步,具有划时代的意义,世界民机制造业开启了新时代。

液压系统作为传统的机械系统,为主飞控系统、起落架收放等系统提供液压能源,在多电技术的应用下,液压系统也呈现了很多全新的特点。

1传统飞机液压系统

图1为传统的A320飞机的液压系统简要原理图,其采用三套液压系统,分别为黄系统、绿系统、蓝系统。其中,黄系统采用EDP(发动机驱动泵)+ACMP(交流电动泵)+PTU(能源转换装置)的模式,EDP为主泵,采用全机械装置,通过左发动机直接驱动EDP工作,ACMP为小功率电动泵,在正常情况下不工作,仅在系统大流量需求的时候使用。绿系统为主系统,采用EDP+PTU的模式。EDP为主泵,通过左发动机直接驱动EDP工作,PTU作为备份使用。蓝系统为备份系统,采用ACMP+液压RAT(冲压空气涡轮)模式。ACMP为主泵,RAT泵仅仅在RAT放下情况下驱动3#系统工作。

A320的EDP功率为37gpm(140L/Min),ACMP功率为6.1gpm(23L/Min)、PTU功率为23.1gpm(90L/Min)/13.10gpm(50L/Min)。RAT功率为15.3gpm(58L/Min),由于EDP的功率很大,电动泵ACMP的功率很少,所以A320的这种模式也称为“大EDP+小EMP”的模式。

另外,A320在液压系统的用户分配上做到了极致,主飞控、高升力、起落架、刹车、前轮转弯、货舱门、反推等机械作动系统均采用了液压作动。而且在偏航阻尼器、小型发电机也采用了液压系统驱动。

2多电飞机液压系统

在最近10年新研的宽体民用飞机中,宽体飞机以B787和A350为代表机型,大型飞机以A380为代表的机型,其用户仍然为起落架、主飞控等系统,但是由于这些机型采用了先进的多电技术,也导致了液压能源系统呈现出了全新的特点。

2.1B787

B787采用了传统的三套液压系统,但是其架构已经由传统的“大EDP+小EMP”模式变为“大EMP+小EDP”模式,表现为主液压系统的主泵采用电动泵驱动,其基本原理图见图2,中系统为液压主系统,其通过两台大功率电动泵为飞控、起落架收放等大功率用户提供压力。

由于主液压系统(中系统)有大流量需求用户,对电功率的要求很高,电动泵也由传统的恒频变量交流电动泵或者是变频交流电动泵,电动泵的输入电压由传统的115VAC变为235VAC。输出的流量也由传统的[email protected]的EMP变为[email protected]的大功率EMP。

发动机驱动泵额定功率为25gpm(约95L/min),电动液压泵分两级功率,分别为27gpm(约103L/min)和37gpm(约140L/min)。

左右系统均采用EDP作为主泵,EMP作为备用泵的形式,EMP仅仅在系统低压或者大流量需求的时候工作。

中系统的一台EMP作为主泵,另外一台作为备用泵,两台电动泵根据单双日选择作为主泵,备用泵仅仅在系统低压或者大流量需求的时候启动工作。RAT泵仅仅在RAT放下时驱动主飞控系统。

2.2A350

A350采用了全新的设计,摒弃了传统的三套液压系统方案,采用了2H/2E的方案,即两套液压系统+EHA/EBHA的架构,其液压系统简要原理图见图3。

绿色系统与黄色系统除了用户不一样外,其余配置一样,每套系统均采用2台EDP作为泵源,一台作为主泵,另外一台作为备份,每台主泵分别连接左发和右发,保证在一台发动机失效的情况下,两套液压系统仍然能够正常工作。同时每套系统配置有一台小型EMP,EMP仅仅用于地面发动机未启动情形下用于开启货舱门等。EHA/EBHA作为液压备用系统,采用电驱动模式。

在液压系统正常工作情况下,EHA不工作,液压作动器工作,EBHA采用液压驱动模式工作。在双液压系统失效的情况下,EBHA转化成电动模式工作,同时EHA开启工作,扰流板、副翼、方向舵、升降舵均能被操纵,从而保证了飞机可控。

从安全性方面来说,由于单套液压系统的失效概率大约在1×10-3~1×10-4,采用了两套液压能源系统的A350飞机,液压系统失效的概率约为1×10-6~1×10-8,不能满足飞机飞行控制安全性液压系统(这也是为什么传统的液压系统必须采用三套液压系统的原因所在,3套液压系统的构架,这样三套系统同时失效的概率为1×10-9~1×10-12,有效的保证了飞机的安全性),但是由于多电技术的应用,系统采用了2E/2H的模式,EHA、EBHA可以作为液压系统的备份系统,即使在两套液压系统失效的情况下,仍然具有2E可以保持舵面控制,保证液压系统失效的概率小于1×10-9,从而保证满足飞机级安全性要求。

3多电飞机液压系统特点

多电的应用下,液压系统呈现的主要特点是:

3.1液压高压化

多电飞机采用了5000psi的液压系统,这是一种全新的系统,传统的机型包括A320、A330、B737、B747、B777等主流机型均采用3000psi的液压系统。根据文献5所述,从3000psi压力提升到5000psi压力,则系统重量降低12.2%,体积减少28.3%,而液压系统重量每减少1kg,可以使飞机结构重量减少4kg,或者使飞机承载能力提高15kg。因此,采用了5000psi的高压液压系统,提高了飞机的机动性,减少了飞机重量,提高了飞机的经济性。

3.2电源高压化与用电量大

传统的飞机采用115V交流电+28V直流电模式,而在多电飞机上,采用了235VAC+115VAC+270VDC+28VDC的模式。787电动泵采用大功率电动泵,功率约为传统EMP功率的十倍,使用235V的高压交流电驱动。且飞机在整个飞行阶段,主液压均采用电动泵驱动,因此,其用电量相对于传统飞机而言,消耗量巨大。

而A350虽然没有采用大功率电动泵作为主泵,但是取消了一套液压系统,采用由电功率驱动的EHA、EBHA的方式作为备用液压系统,是一套完全的电备份系统。从而对电功率的要求非常高,并且要求在双发失效的情况下,还必须提供足够的应急电源驱动。对电源的电量需求以及在双发失效情况下电源的蓄电能力也是巨大的考验。

3.3局部液压系统

A350飞机上EHA及EBHA的采用,是局部液压系统高度集成化的体现。局部液压系统的应用减少了管路配置,减轻了重量,减少了维修成本。同时,由于局部液压系统冷却面积很小,系统会产生大量的热,在工程研发过程中需要克服局部液压系统做无用功产生的热,因此,局部液压系统是不仅仅是液压系统局部化技术的体现,更是系统热控制技术能力的体现。

4总结

多电飞机经过多年的研究,技术越来越成熟,在民用飞机上的应用也越来越多,多电飞机可以大大节约了飞机的运行成本,提高了飞机的可靠性、维修性、地面保障能力和机动性能。但是也要看到,为满足多电飞机的需求,航空公司必须要采购能满足5000psi液压系统的地面设备,这样大大增加航空公司的费用。

作为传统的机械系统,在多电飞机上也呈现出了不同的特点。通过研究这些不同特点,消化吸收国外先进技术经验,有效的提升自身在飞机研发上的实力,为国产宽体客机的研发打下夯实的基础。

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参考文献

[1]李开省.多电飞机技术的发展[J].国际航空,2009,01.

[2]刘文明.发展多电/全电飞机的关键技术分析[C]//航空安全与装备维修技术——航空安全与装备维修技术学术研讨会论文集.2014-06-10.

[3]朴学奎.大型民用客机液压系统的对比与分析[J].航空科学技术,2011,06.

[4]李哲.干线客机飞控系统的多电趋势分析[J].系统仿真学报,2009,08.

[5]朴学奎.民用飞机液压系统压力级别选取论证研究[J].流体传动与控制,2011,11.

[责任编辑:刘展]

浏览次数:  更新时间:2015-09-22 18:29:22
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