全动飞行模拟机液压系统(一)之系统结构

  目前,国内的全动飞行模拟机都是B级以上,绝大多数是D级。D级全动飞行模拟机具有很好的飞行操纵性能和运动感觉。由于液压驱动能力强,响应快和易于控制等优点,加上液压技术成熟,设备/元件早已标准化,所以液压技术在工业范围应用很广泛。自不待言,液压技术也早已应用在传统的全动飞行模拟机上。

  液压系统在传统的全动飞行模拟机上的结构组成因不同的模拟机生产厂家、不同年代和不同机型而异。举例来说,常见的 THALES模拟机的登机桥由液压驱动,而CAE模拟机的登机桥是电动的;有的模拟机装有操纵加载泵(C/L pump),有的模拟机采用电动式的操纵加载系统而不需要操纵加载泵。尽管如此,传统模拟机的液压系统的工作原理、结构组成和控制方式还是大同小异的,通晓一个厂家某一机型具有典型特征的液压系统,就可以举一反三掌握其它液压系统。本文以深航培训部的THALES 737-800 D级全动飞行模拟机(C2000X PLUS M2K系列)为例介绍液压系统。从液压组件的结构和布局上看,整个液压系统由4个部分组成:液压动力装置(HPU)、运动系统(motion)、操纵加载系统(control loading)和登机桥(draw-bridge)。

  液压动力装置(HPU),顾名思义,就是整个液压系统的动力源,如同飞机的发动机一样。它向运动系统、操纵加载系统和登机桥提供足够压力(根据负载而变)的压力油。该装置还具有启动、控制、保护、冷却和关闭的逻辑电路和液压部件。深航培训部的THALES 737-800 D级全动飞行模拟机具有标准的4泵配置:3个开路式可变排量的轴向柱塞泵(2个运动泵和1个操纵加载泵)和1个定排量叶片泵,相应的4个三相异步电动机驱动这4个液压泵。液压动力装置的控制核心是6个PLC组件,PLC对内通过一系列继电器控制泵和阀门;对外通过FIP接口总线与主机内的 FIBICU卡通讯,此外,PLC组件还与运动系统控制柜相连。

  运动系统根据实时指令驱动6个液压支柱以某一速度到达一定位置,向整个模拟机提供运动感觉。液压支柱及其阀门部件是运动系统的机械核心,而运动控制柜则是运动系统的电子电路控制核心。同样,运动系统也具有接通、控制、保护和卸载的逻辑电路和液压部件。

  操纵加载系统是一个比运动系统还复杂的系统,因为它的控制对象非常多,比如深航培训部的THALES 737-800 D级全动飞行模拟机仅液压作动器(液压缸和液压马达)就有11个通道;另外,还有减速板手柄、襟翼手柄、停留刹车和起落架手柄等等。由于后者不涉及到液压,所以此处操纵加载系统仅仅包含那些使用液压作为动力的液压装置及其控制电路。注意,从范围上讲,模拟机的操纵加载系统与飞机的飞行操纵系统有所不同。

  与运动系统相同,操纵加载的液压作动器及其阀门部件是其机械核心,而操纵加载控制柜则是其电子电路控制核心。同样,操纵加载系统也具有接通、控制、保护和卸载的逻辑电路和液压部件。

  登机桥,如同飞机廊桥一样,用于训练人员出入模拟机。它所使用的压力油来源于操纵加载泵。与上述的3个系统/装置相比,登机桥的液压油路和电路控制都是很简单的,它的控制主要来自于运动系统控制柜。此外,登机桥具有液压锁紧和应急放下(自动/人工方式)功能。登机桥的叠加控制阀门组件是其机械/液压核心;电磁继电器则是其电路直接控制的核心。

  为了系统结构的清晰,我将模拟机液压系统分成上述4个部分。但是,从维护和使用的角度上讲,无论从电路上还是油路上它们之间都有很多的联系,比如:正常情况下,操纵加载系统的接通是运动系统可用的前提。 可以在液压动力装置(HPU)上通过交输阀门(cross-over valve)将运动泵的压力油引出向操纵加载系统供压。这样在操纵加载泵故障时,通过转换,模拟机依然可以正常使用。 操纵加载控制柜和运动控制柜,液压动力装置和运动控制柜,登机桥电路和运动控制柜。它们之间都有电路连接。 登机桥和运动系统息息相关,也相互影响。 整个液压系统都受到主机的控制。

  总体上看,模拟机液压系统的油路控制分成两级:HPU级和作动器级。HPU级负责所有整个系统油路的通断、控制和保护,此级的控制不是实时控制,而是开关量控制。作动器级指的是对各个作动器(液压缸或液压马达)油路的直接控制,对于运动系统和操纵加载系统来说,它进一步通过伺服阀控制油路的通断、方向和流量(作动器速度),这种控制是实时控制;而对于登机桥,作动器级的控制也只是开关控制。?

  上述作为例子的全动飞行模拟机液压系统具有标准的4泵配置,而对于深航培训部的THALES A320 D级全动飞行模拟机,由于采用电动操纵加载所以没有操纵加载泵于是变成了3泵配置,系统变得简洁了。而对于CAE传统的全动模拟机的液压系统也是4泵配置,只是C/L泵和冷却泵由同一个电动机驱动。

  虽然传统的模拟机液压系统有很多优点,但是它的缺点也是不可避免的:需要专门的HPU,矿物基液压油的量很大(THALES 2100升还多),成本很高; 液压油渗漏,维护工作较多; 耗能大,效率低; 需要专门的冷冻水设备,成本高; 废弃的液压油严重污染环境。

  所以很多模拟机生产厂家都推出节能环保的新一代模拟机来替代传统的液压系统。比如,THALES的EM2K 电-液运动系统和电动C/L系统不需要专门的HPU,节能,效率也高了。CAE的电动运动系统和电动C/L系统具有相同的特点。还有的模拟机生产厂家采用电-气系统。尽管这些新一代模拟机的技术还需完善,但是它们是未来的趋势。

  从维护的角度上看,液压系统在模拟机维护工作中占有很大的比例。例行维护和故障排除的工作量较大。为了对整个系统有一个清晰的理解,对日后的故障快速处理有所帮助,个人建议从下述方面来学习:查看电路图和液压图,分析泵是如何启动的?泵的压力是如何建立的? 查看电路图和液压图,分析操纵加载是如何接通/卸载的? 查看电路图和液压图,分析运动系统是如何接通/卸载的? 查看电路图和液压图,分析登机桥是如何升起和放下的? 查看电路图,分析整个液压系统的安全链路是如何连接的? 查看管路,分析液压油冷却是如何实现的?

  如果对这6个问题能够清楚地回答,那么液压系统基本上掌握了,排除液压系统的故障没有很大的问题。

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