探索飛機沖壓空氣渦輪地面檢測方法與試驗

探索飛機沖壓空氣渦輪地面檢測方法與試驗

內(nèi)容摘要：飛機液壓能源系統(tǒng)由發(fā)動機驅(qū)動泵、電動泵和一臺沖壓空氣渦輪（RAT）組成，當飛機自身液壓系統(tǒng)全部失效后，需要沖壓空氣渦輪為飛機相應液壓系統(tǒng)及應急發(fā)電機提供動力源，操作飛機舵面及其它液壓用戶工作。因而由于RAT自身結(jié)構(gòu)特點，需要葉片旋轉(zhuǎn)到一定轉(zhuǎn)速，葉片旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速又需要地面設(shè)備提供相應的壓力、流量，只有當葉片旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速與提供相應的壓力產(chǎn)生匹配關(guān)系后RAT才能正常工作。但是飛機在地面狀態(tài)時需要檢查沖壓空氣渦輪是否滿足飛機實際液壓系統(tǒng)壓力需求，因此需要尋找出一種簡單、可靠的方法檢查沖壓空氣渦輪性能。關(guān)鍵詞：RAT地面設(shè)備匹配關(guān)系0引言沖壓空氣渦輪是飛機應急電力和液壓系統(tǒng)的重要組成部分。飛機在液壓系統(tǒng)、輔助動力系統(tǒng)（APU）完全失效時使用的應急渦輪動力裝置，在飛機失去推進動力的緊急情況下，產(chǎn)品利用飛機滑行速度，吸收相對氣流的沖壓能量，通過渦輪和調(diào)速裝置轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ǚ秶D(zhuǎn)速的機械能，驅(qū)動液壓泵向飛機提供應急液壓能，以操作飛機安全著陸。1沖壓空氣渦輪（RAT）簡介沖壓空氣渦輪是為飛機在失去主動力和輔助動力是進行應急迫降而設(shè)計的，以提高飛機的生存性。該系統(tǒng)利用飛機的動能工作，在特定情況下，從飛機上應急放下一個螺旋槳，利用空氣動力使螺旋槳高速的旋轉(zhuǎn)運動帶動與之相連的液壓泵，產(chǎn)生必要的液壓能源，用于保證飛機操作系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和電子設(shè)備的應急功能供電。RAT系統(tǒng)需布置在非氣密艙，為了得到較好的氣動力載荷和釋放角度，大型飛機的RAT系統(tǒng)通常布置于飛機機身或機翼下部，只在緊急狀態(tài)下才會伸出，分為自動啟動和飛行員手動啟動兩種。沖壓空氣渦輪的輸出功率由飛機的速度決定，速度越快，輸出功率也就越大。2沖壓空氣渦輪（RAT）原理沖壓空氣渦輪不工作時處于收回狀態(tài)，渦輪部件、液壓泵、作動筒齒輪箱組件，多功能組合液壓泵均不工作，收放作動筒主彈簧受壓蓄能，但由于上位鎖的作用，作動活塞在收入位置，并使液壓泵和渦輪部件處于收入狀態(tài)，通過連桿與支撐臂鉸接點連接的艙門處于關(guān)閉狀態(tài)。沖壓空氣渦輪通過機電管理計算機自動決策控制其放出，還可通過駕駛艙頂控板上液壓系統(tǒng)控制板上RAT開鎖按鈕手動控制其放出，手動和自動放出條件為：自動放出條件:飛機空速滿足要求，所有液壓泵失效或主電源和輔助電源均失效時。手動放出條件：地面維護時，或空中需要手動放出時，按下駕駛艙頂控板液壓控制板上的RAT“開鎖”按鈕時，手動放出RAT。在飛機著地后，利用地面液壓源或修復的機上液壓源和地面維護控制器使作動筒收回，重新置RAT系統(tǒng)于收回待命狀態(tài)。當在空中飛機液壓系統(tǒng)和供電系統(tǒng)失效時，沖壓空氣渦輪自動放下，依靠風速將RAT葉片至相應轉(zhuǎn)速，帶動后部液壓泵提供壓力，供給飛機3號液壓系統(tǒng)為飛機飛控系統(tǒng)提供液壓能，供給應急發(fā)電機為飛機供電。所以在地面要用相應設(shè)備模擬葉片在空中轉(zhuǎn)動至相應轉(zhuǎn)速，使RAT建立壓力21MPa，為飛機供壓。2地面模擬試驗飛機在地面需要驗證RAT設(shè)備是否具有其應有的功能，然而在地面進行飛行前的檢查應該通過簡單、可行的方案和設(shè)備來驗證RAT具有輸出額定壓力的能力。2.1沖壓空氣渦輪模擬設(shè)備RAT模擬設(shè)備選取主要由高速液壓馬達（以下簡稱“液壓馬達”）、RAT地面維護控制器、輔助吊掛等組成。液壓馬達通過法蘭安裝在RAT齒輪箱后端，用螺栓緊固，液壓馬達后部的高壓油口、低壓油口分別與油泵車的高壓油管和回油管相接。RAT地面維護控制器用電纜與RAT相連，電源插頭與飛機主起落架艙內(nèi)28V電源插座相接。通過RAT地面維護控制器可以實時監(jiān)測RAT葉片轉(zhuǎn)速，防止RAT葉片轉(zhuǎn)速超過額定成品最大轉(zhuǎn)速導致RAT設(shè)備機械損傷。2.2沖壓空氣渦輪驅(qū)動設(shè)備液壓油泵車配有一根專用RAT功能檢查回油管，工作時，使用油泵車正常輸出高壓油液，油泵車的高壓油管與檢測設(shè)備的高速液壓馬達高壓油口相接，專用RAT功能檢查油管一端接在自循環(huán)回油接頭上，另一端與檢測設(shè)備的高速液壓馬達低壓油口相接。使用油泵車內(nèi)的柴油機聯(lián)動油泵車的柱塞泵快速建立壓力，輸出高壓油驅(qū)動RAT檢測設(shè)備中的液壓馬達高速轉(zhuǎn)動，液壓馬達內(nèi)的花鍵軸連接RAT本體，進而實現(xiàn)RAT葉片轉(zhuǎn)動。通過這種方式可以模擬RAT葉片在空中靠飛機飛行的強大氣流轉(zhuǎn)動的狀態(tài)，使RAT本體液壓泵建立壓力，為飛機各系統(tǒng)輸出額定壓力。連接方式見圖1。圖1沖壓空氣渦輪地面試驗連接圖圖1中1為RAT本體、2為液壓馬達、3為固定卡箍、4為液壓油泵車、5為地面轉(zhuǎn)速顯示器2.3試驗方法通過液壓油泵車驅(qū)動RAT葉片轉(zhuǎn)動，當葉片轉(zhuǎn)速由0轉(zhuǎn)數(shù)至一定范圍是壓力建立合格，因此本試驗目的為：1）驗證由液壓油泵車驅(qū)動RAT葉片轉(zhuǎn)動是否穩(wěn)定。2）驗證RAT葉片到達一定轉(zhuǎn)數(shù)時壓力是否能快速建立。3）驗證油泵車供壓使RAT順利越過防停轉(zhuǎn)區(qū)。4）驗證RAT在確定某一轉(zhuǎn)數(shù)時液壓系統(tǒng)壓力穩(wěn)定建立為21MPa。5)獲取RAT不同狀態(tài)時油泵車壓力、流量對應關(guān)系。6）監(jiān)控RAT輸出額定壓力后，飛機液壓用戶運動過程中RAT輸出壓力波動范圍及RAT泵轉(zhuǎn)速范圍。正常啟動油泵車，使柴油機處于怠速狀態(tài)運轉(zhuǎn)（該臺油泵車怠速轉(zhuǎn)速約為700rpm），觀察RAT地面維護控制器顯示的RAT轉(zhuǎn)速（約2800rpm），調(diào)節(jié)壓力旋鈕至最大21MPa，調(diào)節(jié)油泵車控制油門提高柴油機轉(zhuǎn)速（約900rpm），使RAT泵的轉(zhuǎn)速逐漸升高并基本穩(wěn)定在3200rpm±200rpm左右，RAT轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。操作液壓油泵車在1～3S內(nèi)迅速將油泵車柴油機油門調(diào)大（柴油機轉(zhuǎn)速1800rpm）使油泵車流量輸出增大，油泵車顯示輸出壓力（18.0MPa～20.5MPa），顯示額定輸出流量，此時RAT地面維護控制器顯示的轉(zhuǎn)速達到約5730rpm～5800rpm穩(wěn)定鎖緊油泵車油門調(diào)節(jié)旋鈕，RAT轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。飛機液壓系統(tǒng)壓力建立正常為21MPa。上述試驗過程如果RAT葉片轉(zhuǎn)速顯示超過RAT成品額定轉(zhuǎn)速時，應減小油泵車的輸出流量。如果轉(zhuǎn)速顯示超過RAT成品所能承受的最大轉(zhuǎn)速時，則立即執(zhí)行油泵車急停操作程序，停止油泵車供壓。2.4試驗結(jié)果總結(jié)試驗過程中管路連接良好，沒有出現(xiàn)液壓油滲漏和油管的振動，試驗中RAT運行平穩(wěn)，RAT建立壓力后輸出壓力平穩(wěn)，在操縱飛機液壓系統(tǒng)用戶時RAT泵轉(zhuǎn)速下降后可以快速上升，滿足RAT功能要求。試驗結(jié)束后檢查RAT外觀正常。油泵車運行良好，按照地面全狀態(tài)聯(lián)試摸索的操作方法和程序為RAT供壓，使RAT順利越過防停轉(zhuǎn)區(qū)并能平穩(wěn)運行。本次試驗：驗證了液壓油泵車驅(qū)動RAT葉片轉(zhuǎn)動能夠使葉片穩(wěn)定；驗證了油泵車功率特性可以滿足RAT功能檢查需求（即：通過快速調(diào)手油門，在3s內(nèi)使柴油發(fā)動機轉(zhuǎn)速升至約1800rpm，使油泵車的輸出流量達到110L/min～120L/min）。驗證油泵車供壓使RAT順利越過防停轉(zhuǎn)區(qū)。驗證RAT在5800rpm轉(zhuǎn)數(shù)時液壓系統(tǒng)壓力穩(wěn)定建立為21MPa。這次試驗可以用于沖壓空氣渦輪在飛機上安裝后的檢查方法，該方法可以滿足飛機不同狀態(tài)下的檢查，通過這次試驗也初步獲取RAT不同狀態(tài)時油泵車壓力、流量對應關(guān)系，以及RAT正常工作時可以為飛機液壓系統(tǒng)建立穩(wěn)定壓力，進而保證了液壓