[分享]未來戰斗機液壓系統

未來戰斗機液壓系統
蔡文海
        Hydraulic System of Future Fighters
        Cai Wen“hai
        (空軍第二航空學院基礎部，吉林省長春市人民大街148號  130022)
    摘  要：根據未來戰斗機發展對液壓系統提出的新要求，介紹了未來戰斗機液壓系統發展的動向。
  并對我國未來戰斗機液壓系統的研制提出了自己的看法。
    關鍵詞：戰斗機；液壓系統；發展動向
  1  前言
    飛機作為高科技的產物，已被廣泛地應用到各個  領域。時至今日，飛機的液壓系統已是一個相當完善
  和成熟的系統。但是，為了滿足未來高性能飛機技術指標的要求，將對飛機液壓系統提出更高的要求。而在飛機的家族中，戰斗機對改進液壓系統的要求最為迫切，并對液壓系統的發展起著關鍵性的作用。
  2  未來戰斗機對液壓系統的要求
    綜合未來戰斗機發展的趨勢，未來戰斗機將對液壓系統提出如下要求：
    1)液壓元件的體積要小
    未來戰斗機要求具有超音速巡航能力，飛機的機翼將變得更小更薄，這就必然要求裝在機翼內的液壓部件的體積要小，重量要輕。例如，美國空軍要求下一代戰斗機機翼內的液壓部件體積要比現役飛機縮小船％。
    2)液壓系統的功率要大
    由于未來戰斗機液壓元件體積的大幅度減小，為了保證系統的正常供壓，必須要求增大液壓系統的功率。另外，從未來戰斗機降低靜穩定度和提高機動性的要求，實現可調推力矢量控制所要提供的液壓動力等方面來看，加大液壓系統的功率也是勢在必行。資料表明，美國F—22戰斗機上液壓系統的功率約為F—15戰斗機液壓系統的2倍。
    3)液壓系統生存能力和安全性要高
    現代戰斗機雖然采用了主、輔供壓和應急液壓系統，但是，由于其液壓系統采用的是集中式布局，在機身和機翼中敷設大量的液壓管道，在戰斗中非常容易受損，一旦受損，液壓系統將難以保證正常工作。為了增加戰斗機飛行控制舵面伺服缸的生存能力，未來戰斗機將實現一種分布式的小型電動和電控液壓系統，并具有較強容錯能力。
    為了增強液壓系統的安全性，未來戰斗機要求液壓系統使用不可燃的液壓油，飛機受到損傷后液壓油不會起火燃燒。另外，要求液壓油在高溫情況下仍具有非常好的穩定性，保證系統的正常運行。
    4)液壓系統的維修性要好
    未來戰斗機對液壓系統的要求除了功率大、重量輕、體積小、可靠性高外，系統的可維修性將是未來液壓系統的關鍵性能指標。為了提高系統的維修性，采用微處理機控制液壓泵和伺服缸是實現上述指標的有效手段之一。另外，采用微處理機還可以優化液壓系統，簡化系統設計，實現變壓力系統、變工作狀態和系統布局的液壓系統。
3  未來戰斗機液壓系統的發展方向
    為了適應未來戰斗機對液壓系統的要求，未來戰斗機液壓系統將在以下方面發展。
3．1  動力源方面
    液壓泵是液壓系統的動力之源。改進動力源的重點是提高液壓泵的輸出功率，采用變壓力液壓系統，增強液壓泵的調控性能等。
    1)提高液壓泵的輸出功率
    在戰斗機發展的過程中，液壓系統的功率增長最為明顯。現代高性能戰斗機所需要的液壓功率為第二次世界大戰時的5倍。提高液壓泵的輸出功率的方法是：
    ·(1)加大液壓泵的流量
    在液壓泵結構尺寸一定的情況下，可以通過提高液壓泵的轉速來提高流量。在未來戰斗機液壓泵體積縮小的同時其轉速將會有更大的提高，液壓泵轉速可在3000—15000r／min之間選擇，選取原則是在最低轉速下能達到最長的壽命，在最高轉速時能達到最大功率。
    (2)采用高壓系統
    提高液壓系統的壓力是減小系統附件結構尺寸和重量，增加附件動作敏捷性的最有效手段。目前，國內外多數戰斗機都采用20．7MPa的液壓系統。20世紀70年代中期，國外有少量新機開始裝備27．6MPa的壓力體制的液壓系統。現在，美國正在研制55．2MPa的
  液壓系統，據說，該系統可使系統附件體積減少40％，重量減輕30％。當然，系統采用高壓后，系統中運動件的密封，高精度過濾器，附件的結構強度和壽命，系統的散熱等都將是急待解決的重大課題。
    2)采用變壓力的液壓系統
    變壓力液壓系統是實現液壓系統高壓化的另一有效手段。試驗結果表明，一架戰斗機實際需要在高壓(55．2MPa)工作的時間還不到整個飛行時間的10％，其余大部分時間采用低壓(20．7MPa)已完全能夠滿足工作需要，因而，國外正在研制變壓力液壓系統。在變壓力液壓系統中，系統的壓力與飛行控制舵面鉸鏈力矩成正比變化。變壓力液壓系統的壓力由電調制的液壓泵提供，而控制部分的關鍵部件是一臺多通道的微處理機。
    3)提高液壓泵的調控性能
    為了全面優化液壓泵，未來戰斗機將由微處理機控制液壓泵的工作。在這種控制裝置中，將把傳感器和控制閥加到標準的液壓系統中，以提供控制液壓泵排量所必需的反饋信號，一個電液控制閥與微處理機和泵排量伺服缸接口，直接由軟件進行控制，使液壓泵能夠適應多種條件，并具有良好的瞬態響應能力。
  3．2  動力傳輸方面
    液壓油和系統管路是液壓系統動力傳輸的介質和設備。為了使液壓系統可靠性高和使用壽命長，必須研制出性能優異的液壓油和管路系統。為了減少或杜絕因液壓油起火而引起的飛機事故，國外一直在研制不燃的液壓油，氯三氟乙烯是目前認為較好的一種不燃液壓油。在試驗這種液壓油的同時，還在研制一些可溶的防冰、防銹添加劑，以進一步改善氯三氟乙烯的性能。為了增強液壓系統管路的可靠性，對管路壽命的確定將采用“試驗—故障”方法，過去貫用的“試研—通過”的方法將被淘汰。新的方法要求在統計學規定的大量部件上按主要的周期疲勞。彎曲、扭轉、沖擊和爆破等方面進行試驗。
3．3  液壓驅動方面
    在液壓驅動方面，未來戰斗機的液壓系統研究重點是在直接驅動閥和新型伺服缸上。
    1)直接驅動閥
    直接驅動閥是靠電動機的輸出力來確定主閥位置，而不是靠電液閥的輸出。這種直接驅動閥的可靠性已提高到不必在設計上考慮余度布局的程度。
    2)新型伺服缸
    該伺服缸是一種把微處理機和(或)其他小型電子部件組合到伺服缸控制環節中去的一種新型液壓部件，采用這種設備后將使液壓系統設計簡化。例如，為F／A—18戰斗機研制的副翼智能伺服缸由伺服缸主體、功率調節模塊、控制模塊組成。每一個控制通道由一個控制器和一個監控器組成，并與一根數據總線相連接，控制器接收來自飛行控制計算機的指令，并產生相應的信號加到直接驅動閥上。
3．4  分布式液壓驅動系統方面
    未來戰斗機將廣泛采用分布式電動、電控液壓驅動系統。該系統由液壓伺服缸、高壓油箱、電動機和液壓泵、電子控制器等組成。其中，電子控制器將完成驅動控制、系統監控、余度管理以及與飛行控制計算機通信的任務。液壓動力是由高壓直流永磁無刷電動機驅動低泄漏的定量液壓泵向伺服缸提供的，而且液壓泵的轉速和轉向都是可變的。這種分布式電動、電控液壓驅動系統又稱為電動靜液壓伺服缸，它具有可靠性高、易損性低、體積小、重量輕等特點，完全可以滿足未來戰斗機的需要。
  4  對發展我國未來戰斗機液壓系統的看法
    面對未來戰斗機液壓系統發展的方向和我國國情，筆者認為我國應加快以下方面的研究：
    1)研制、實行27．6MPa的液壓系統
    雖然與20．7MPa的液壓系統相比，27．6MPa液壓系統的壓力提高量不大，但對如何提高解決油液泄漏、重新設計和加工液壓管道、開發高溫液壓油、散熱和試驗設備等問題的能力，具有重大意義。同時也是為更高壓力的液壓系統的研制摸索經驗。
    2)研究新部件，開發新技術
    如前所述，國外已采用27．6MPa和34．5MPa的液壓系統，55．2MPa的液壓系統和變壓力液壓系統也即將開發應用。為了縮短與發達國家的距離，我們必須在原理、材料方面對高壓和變壓力等新型液壓系統及其關鍵部件加快研究。
    為了適應電傳操縱系統和主動控制技術的發展，液壓部件采用數字技術3伺服缸采用余度布局已是一種發展趨勢，所以，我國必須積極開發微處理機控制的液壓泵和伺服缸，并由液壓專業和電氣專業合作，共同研制組合舵機和電動靜液壓伺服缸。            口

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