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未来战斗机液压系统
蔡文海
        Hydraulic System of Future Fighters
        Cai Wen“hai
        (空军第二航空学院基础部，吉林省长春市人民大街148号  130022)
    摘  要：根据未来战斗机发展对液压系统提出的新要求，介绍了未来战斗机液压系统发展的动向。
  并对我国未来战斗机液压系统的研制提出了自己的看法。
    关键词：战斗机；液压系统；发展动向
  1  前言
    飞机作为高科技的产物，已被广泛地应用到各个  领域。时至今日，飞机的液压系统已是一个相当完善
  和成熟的系统。但是，为了满足未来高性能飞机技术指标的要求，将对飞机液压系统提出更高的要求。而在飞机的家族中，战斗机对改进液压系统的要求最为迫切，并对液压系统的发展起着关键性的作用。
  2  未来战斗机对液压系统的要求
    综合未来战斗机发展的趋势，未来战斗机将对液压系统提出如下要求：
    1)液压元件的体积要小
    未来战斗机要求具有超音速巡航能力，飞机的机翼将变得更小更薄，这就必然要求装在机翼内的液压部件的体积要小，重量要轻。例如，美国空军要求下一代战斗机机翼内的液压部件体积要比现役飞机缩小船％。
    2)液压系统的功率要大
    由于未来战斗机液压元件体积的大幅度减小，为了保证系统的正常供压，必须要求增大液压系统的功率。另外，从未来战斗机降低静稳定度和提高机动性的要求，实现可调推力矢量控制所要提供的液压动力等方面来看，加大液压系统的功率也是势在必行。资料表明，美国F—22战斗机上液压系统的功率约为F—15战斗机液压系统的2倍。
    3)液压系统生存能力和安全性要高
    现代战斗机虽然采用了主、辅供压和应急液压系统，但是，由于其液压系统采用的是集中式布局，在机身和机翼中敷设大量的液压管道，在战斗中非常容易受损，一旦受损，液压系统将难以保证正常工作。为了增加战斗机飞行控制舵面伺服缸的生存能力，未来战斗机将实现一种分布式的小型电动和电控液压系统，并具有较强容错能力。
    为了增强液压系统的安全性，未来战斗机要求液压系统使用不可燃的液压油，飞机受到损伤后液压油不会起火燃烧。另外，要求液压油在高温情况下仍具有非常好的稳定性，保证系统的正常运行。
    4)液压系统的维修性要好
    未来战斗机对液压系统的要求除了功率大、重量轻、体积小、可靠性高外，系统的可维修性将是未来液压系统的关键性能指标。为了提高系统的维修性，采用微处理机控制液压泵和伺服缸是实现上述指标的有效手段之一。另外，采用微处理机还可以优化液压系统，简化系统设计，实现变压力系统、变工作状态和系统布局的液压系统。
3  未来战斗机液压系统的发展方向
    为了适应未来战斗机对液压系统的要求，未来战斗机液压系统将在以下方面发展。
3．1  动力源方面
    液压泵是液压系统的动力之源。改进动力源的重点是提高液压泵的输出功率，采用变压力液压系统，增强液压泵的调控性能等。
    1)提高液压泵的输出功率
    在战斗机发展的过程中，液压系统的功率增长最为明显。现代高性能战斗机所需要的液压功率为第二次世界大战时的5倍。提高液压泵的输出功率的方法是：
    ·(1)加大液压泵的流量
    在液压泵结构尺寸一定的情况下，可以通过提高液压泵的转速来提高流量。在未来战斗机液压泵体积缩小的同时其转速将会有更大的提高，液压泵转速可在3000—15000r／min之间选择，选取原则是在最低转速下能达到最长的寿命，在最高转速时能达到最大功率。
    (2)采用高压系统
    提高液压系统的压力是减小系统附件结构尺寸和重量，增加附件动作敏捷性的最有效手段。目前，国内外多数战斗机都采用20．7MPa的液压系统。20世纪70年代中期，国外有少量新机开始装备27．6MPa的压力体制的液压系统。现在，美国正在研制55．2MPa的
  液压系统，据说，该系统可使系统附件体积减少40％，重量减轻30％。当然，系统采用高压后，系统中运动件的密封，高精度过滤器，附件的结构强度和寿命，系统的散热等都将是急待解决的重大课题。
    2)采用变压力的液压系统
    变压力液压系统是实现液压系统高压化的另一有效手段。试验结果表明，一架战斗机实际需要在高压(55．2MPa)工作的时间还不到整个飞行时间的10％，其余大部分时间采用低压(20．7MPa)已完全能够满足工作需要，因而，国外正在研制变压力液压系统。在变压力液压系统中，系统的压力与飞行控制舵面铰链力矩成正比变化。变压力液压系统的压力由电调制的液压泵提供，而控制部分的关键部件是一台多通道的微处理机。
    3)提高液压泵的调控性能
    为了全面优化液压泵，未来战斗机将由微处理机控制液压泵的工作。在这种控制装置中，将把传感器和控制阀加到标准的液压系统中，以提供控制液压泵排量所必需的反馈信号，一个电液控制阀与微处理机和泵排量伺服缸接口，直接由软件进行控制，使液压泵能够适应多种条件，并具有良好的瞬态响应能力。
  3．2  动力传输方面
    液压油和系统管路是液压系统动力传输的介质和设备。为了使液压系统可靠性高和使用寿命长，必须研制出性能优异的液压油和管路系统。为了减少或杜绝因液压油起火而引起的飞机事故，国外一直在研制不燃的液压油，氯三氟乙烯是目前认为较好的一种不燃液压油。在试验这种液压油的同时，还在研制一些可溶的防冰、防锈添加剂，以进一步改善氯三氟乙烯的性能。为了增强液压系统管路的可靠性，对管路寿命的确定将采用“试验—故障”方法，过去贯用的“试研—通过”的方法将被淘汰。新的方法要求在统计学规定的大量部件上按主要的周期疲劳。弯曲、扭转、冲击和爆破等方面进行试验。
3．3  液压驱动方面
    在液压驱动方面，未来战斗机的液压系统研究重点是在直接驱动阀和新型伺服缸上。
    1)直接驱动阀
    直接驱动阀是靠电动机的输出力来确定主阀位置，而不是靠电液阀的输出。这种直接驱动阀的可靠性已提高到不必在设计上考虑余度布局的程度。
    2)新型伺服缸
    该伺服缸是一种把微处理机和(或)其他小型电子部件组合到伺服缸控制环节中去的一种新型液压部件，采用这种设备后将使液压系统设计简化。例如，为F／A—18战斗机研制的副翼智能伺服缸由伺服缸主体、功率调节模块、控制模块组成。每一个控制通道由一个控制器和一个监控器组成，并与一根数据总线相连接，控制器接收来自飞行控制计算机的指令，并产生相应的信号加到直接驱动阀上。
3．4  分布式液压驱动系统方面
    未来战斗机将广泛采用分布式电动、电控液压驱动系统。该系统由液压伺服缸、高压油箱、电动机和液压泵、电子控制器等组成。其中，电子控制器将完成驱动控制、系统监控、余度管理以及与飞行控制计算机通信的任务。液压动力是由高压直流永磁无刷电动机驱动低泄漏的定量液压泵向伺服缸提供的，而且液压泵的转速和转向都是可变的。这种分布式电动、电控液压驱动系统又称为电动静液压伺服缸，它具有可靠性高、易损性低、体积小、重量轻等特点，完全可以满足未来战斗机的需要。
  4  对发展我国未来战斗机液压系统的看法
    面对未来战斗机液压系统发展的方向和我国国情，笔者认为我国应加快以下方面的研究：
    1)研制、实行27．6MPa的液压系统
    虽然与20．7MPa的液压系统相比，27．6MPa液压系统的压力提高量不大，但对如何提高解决油液泄漏、重新设计和加工液压管道、开发高温液压油、散热和试验设备等问题的能力，具有重大意义。同时也是为更高压力的液压系统的研制摸索经验。
    2)研究新部件，开发新技术
    如前所述，国外已采用27．6MPa和34．5MPa的液压系统，55．2MPa的液压系统和变压力液压系统也即将开发应用。为了缩短与发达国家的距离，我们必须在原理、材料方面对高压和变压力等新型液压系统及其关键部件加快研究。
    为了适应电传操纵系统和主动控制技术的发展，液压部件采用数字技术3伺服缸采用余度布局已是一种发展趋势，所以，我国必须积极开发微处理机控制的液压泵和伺服缸，并由液压专业和电气专业合作，共同研制组合舵机和电动静液压伺服缸。            口