直升机液压油污染研究

时间：2024-05-19

胡义明

（中国直升机设计研究所，江西景德镇 333001）

0.引言

对于直升机来说，液压系统是保证直升机安全飞行的重要组成部分，液压系统的液压油起着传递动力、润滑、吸收热量等作用，对直升机的操纵起着关键性的作用。然而，有资料表明[1-2]，直升机运行期间液压系统发生故障的概率较高，其中，70%以上的液压系统故障都是由液压油污染所导致的。因此，在使用和维修直升机的过程中，必须做好液压油污染的检测以及控制工作，才能最大程度地保障飞行安全。

1.液压油污染来源、种类

1.1 污染来源

对于直升机液压系统来说，液压油污染的来源主要分为系统外部和系统内部，具体分类如图1所示。从图1可以看出，液压油污染的来源表现出多样、复杂的特点，需要在使用和维护液压系统的过程中加强污染控制力度，保证系统的正常运行。

图1 液压油污染来源

1.2 污染种类及危害

液压系统常见污染物种类主要分为：固态、液态、气态污染物[3-6]，其中固体颗粒污染物和空气是液压油污染的重要来源，会加速液压系统元件的磨损和腐蚀，使得直升机液压系统不能稳定运行，甚至发生故障，影响飞行安全。图2对三类污染物的定义和危害进行了总结。

图2 液压油污染种类及危害

2.液压油污染对直升机操纵的影响

液压助力器是直升机飞行操纵系统的关键部件之一。直升机旋翼桨叶变距的操纵实现需要由液压助力器来进行驱动，从而达到控制直升机飞行姿态的目的，其操纵原理如图3所示。因此，液压助力器性能的高低很大程度上决定了直升机操纵系统的性能，也就直接影响了直升机的飞行稳定性、操纵性和机动性[7]。

图3 液压油污染种类及危害

然而，液压油受到污染后会对液压助力器产生一系列的影响，主要表现为：

2.1 助力器自身的输出速度下降

受污染液压油中的固体颗粒污染物在长期的累计下，会堵塞助力器进油口的油滤网，导致油液流量减小，使得助力器的输出速度减小，从而导致跟随性降低，在快速操纵时甚至会发生助力器速度饱和的情况，影响直升机操纵系统的性能。

2.2 助力器操纵力增大，有发生振荡的风险

固体颗粒类的油液污染物在进入转阀类液压助力器后，会在转阀间隙内逐渐沉积，随着颗粒数量的增加，转阀间的摩擦力也会相应增大，导致助力器的输出位移和驾驶员操纵杆力的相位出现滞后现象，需要驾驶员人为修正该现象直升机产生的偏差，从而会有发生振荡的风险[8]。

3.液压油污染度监测方法

通过对液压系统污染度的检测分析及时判断系统元件的工作状况，不仅可以有效提高液压系统的可靠性和使用寿命，还可以降低故障发生率，对液压系统的维护具有重要的现实意义[9]。目前，直升机液压油污染度的检测方法具体可以划分为：自动颗粒计数法、光测法、电测法、超声波法、淤积法、显微镜颗粒计数法、质量测定法等[10]，污染度检测原理具体如图4所示。

图4 污染度检测方法总结

由于以上检测技术的工作原理都各不相同，因此对液压油污染度的测定也就具有相应的优势与不足，例如自动颗粒计数法检测液压油污染度方便、效率高，但不能区污染物的种类；光测法、电测法、超声波法测定结果的可靠度目前仍无统一标准；采用淤积法对液压油污染度进行测定时，其测定结果容易受固体颗粒尺寸分布以及液压系统内部压力的波动影响；显微镜颗粒计数法耗时长、测定结果受人为因素的影响较大；质量测定法检测环节多、耗时长，只能得到固体颗粒污染物的总质量，无法反映颗粒尺寸的分布情况。

实际上，直升机在飞行的过程中，液压系统内部的液压油污染度是随时间、工况而改变的，要想准确掌握液压油污染度的情况就需要结合多种测定方法（如自动颗粒计数法辅以淤积法）进行测量。现阶段，直升机液压系统的液压油污染主动控制技术已成为国内外研究机构的研究热点，该技术通过布置相应的污染度测定传感器实时监测液压系统元件的工作状况，当污染度达到警戒值时会主动发送告警信息，达到“在线监测”的目的。随着研究的深入，直升机液压系统“工作状态在线监测+故障诊断的污染主动控制技术”将会越来越成熟并逐步应用于工程实践当中，液压油污染问题将会得到有效的控制。