MA60飞机全动飞行模拟机运动系统压力故障分析

摘要：本文主要针对西安飞机工业（集团）有限责任公司国产MA60飞机全动飞行模拟机液压运动系统在五年大修中所遇到的故障进行深入分析，并给出了排故措施。

关键词：FFS；六自由度运动系统；液压；液压泵；电机

中图分类号：TP741 文献标识码：B 文章编号：1672-9129（2017）04-0034-03

Analysis of Pressure Failure of MA60 Aircraft Full Flight Simulator

CUI Chaoxiong*， WU Xiaodong

（Xi"an aircraft industry （Group） Co.， Ltd.， Shaanxi， Xi"an 710089， China）

Abstract：This article mainly aimed at Xi "an Aircraft industry （group） Company LTD. The domestic MA60 aircraft Full Flight Simulator（FFS） hydraulic motion system in the overhaul of five years of failure analysis， and puts forward the troubleshooting measures.

Key words：FFS；six-degree-of-freedom motion system；hydraulic；hydraulic pump；motor

引用：崔超雄， 伍小东. MA60飞机全动飞行模拟机运动系统压力故障分析[J]. 数码设计， 2017， 6（4）： 34-36.

Cite：CUI Chaoxiong， WU Xiaodong. Analysis of Pressure Failure of MA60 Aircraft Full Flight Simulator[J]. Peak Data Science， 2017， 6（4）： 34-36.

前言

全动飞行模拟机（ FFS）作为航空仿真培训设备的典型高科技产品，主要由视景系统、六自由度运动系统、操纵负荷系统、计算机及接口系统和座舱设备等系统组成。其中视景系统主要为受训人员营造一个逼真的驾驶舱外部视觉环境， 而六自由度运动系统主要为受训人员提供飞行时逼真的身体及驾驶舱动态效应，如飞行中出现的俯仰、横滚、颠簸、抖动以及上升、下降造成的超重、失重等感觉。

如图1所示，为运动系统六自由度，分别用下列名称代表：

自由度运动趋势

纵向（Surge）X方向位移

横向（Sway） Y方向位移

垂直（Heave）Z方向位移

横滚（Roll）绕X轴的旋转

俯仰（Pitch）绕Y轴的旋转

航向（Yaw）绕Z轴的旋转

本文主要针对六自由度液压运动系统大修过程发生的故障进行了分析并给出了解决方案。六自由度液压运动系统主要由运动控制柜（MCC）、运动平台、登机桥、液压作动筒和液压源（HPU）五大部分组成。飞机飞行训练座舱置于运动平台上部，下部由六个液压作动筒支撑，分成三组，两个一组，由HPU提供高达190Bar的压力作为动力。通过作动筒伸出的长短、快慢的不同组合来营造飞行的动态感受。为了安全起见，MA60FFS运动系统中有完善的安全控制检测回路，每个作动筒都有位移及压力传感器，另有多个运动紧急关断（Emergence shutdown）开关，分别置于MCC、座舱和PUCC处，系统自动检测此类传感器和开关，在检测到任意一个点位出现异常情况时将会关断运动系统，以保证设备和人身安全。

1 故障背景

按照运动系统大修要求，对运动系统进行维修，故障前所做工作：

（1）对系统所有互连软管进行了更换，且所有新管路清洁度均达到NAS7级。

（2）运动系统液压油进行了更换，且油箱用面团进行了多次清理。

（3）运动系统部分电磁阀更换。

（4）运动系统蓄能器均进行了更换，且预充氮气压力达到指标。

（5）系统所有液压油滤芯进行了更换。

（6）将伺服比例阀拆下，安装冲洗板。

（7）紧固系统所有连接点。

（8）向油箱加入Shell Tellus T68号液压油共计1770升，达到系统工作所需油量。

因系统对液压油清洁度要求较高，尤其管路中伺服比例阀、溢流阀、单向阀等。所以在液压油进入液压管路时，必须对液压油进行循环冲洗8小时后，检测油样，直至达到NAS7级方可进行整个管路加压预冲洗。

首先，在手动模式下按下PUCC上的按钮启动E型电机EM4循环电路，对液压油进行循环冲洗约8小时。之后从油样检测口提取油样，检测清潔度等级为NAS5级。

按照维护手册要求，在完成以上操作后，需对系统所需压力进行调定，通过调整052位置的压力卸荷阀实现，需对HPU上的主电机EM1和EM2输出压力调定至190Bar。在完成对主电机EM1完成调定后，系统工作一切正常。但在对EM2进行调定时，系统压力输出无法调定至190Bar。

2 原因分析及排除过程

（1）单向阀

主电机EM1和EM2带动液压泵分别输出进入两组单向阀后进入下一级阀块，如图2所示[1]。因该阀块压力不受卸荷阀052控制，因此初步判断为单向阀故障或者单向阀内部油路堵塞。调换两路单向阀之后，故障现象依旧：EM1正常，EM2异常。排除单向阀故障后，接着向上一级阀块查找原因。

图2 HPU分析图

（2）阀块

两组单向阀下部共用一个四通阀块，对该阀块进行检查。首先拆除两个单向阀，用吹空气的方法检查后，判断该阀块油路通，无故障。然后接着往上一级管路查找故障原因。

（3）互连软管

阀块上一级管路为液压泵直接输出。因此，如果从油源流出管路没有堵塞基本就可以将故障转移至油箱内部的液压泵。在此情况下，肯定首先对从油箱至阀块的管路进行检查。该管路为互连软管，通过打气筒对管路进行检查后，发现管路通气正常。基于此，排除了该管路堵塞的可能性。接下来，故障的可能性逐级转移到了EM2电机或泵上[2]。

（4）电机EM2

之前因电机发热已经做了检查，因此也排除了EM2故障。所以，自然将问题的焦点转移至液压泵。

（5）液压泵

当所有的焦点都转移到EM2所带的液压泵上时，最棘手的问题是液压油为新加，而整个液压泵在加入1770升Shell Tellus T68号液压油后已经全部浸泡在油箱中。如果要查看液压泵，需将所有液压油全部放出，否则将会造成1770升液压油污染的严重后果。在分析了各种因素之后，决定对液压泵进行拆卸检查。带动液压泵的电机为上装式，液压泵为埋入式，拆卸液压泵首先需拆卸电机EM2。

主要问题有：

（a）将油箱中所有的液压油放出。

（b）采用哪种起吊方案？

（c）如何最小限度防止油箱污染？

（d）在吊装过程中，如何保护好370Kg的电机？

在对其中的每一个环节進行深入分析后，进行放油、吊装拆卸电机、拆卸液压泵、保护油箱口。

对液压泵进行拆卸后，发现液压泵柱塞间隙过大、配油盘与缸体磨损严重，此状态会导致液压泵运行效率下降，电机负载增加，最主要的原因为泵内阀芯有堵塞现象。接着对液压泵柱塞、缸体、配油盘进行更换、做实验，检测各项指标均正常后，清洗液压泵并安装至HPU。重新安装电机EM2，加入液压油后，EM2可仍无法调定，故障仍未排除。

之前对单向阀、阀块、互连软管均进行了检查、同时对液压泵也进行了检查，故障仍然未能排除，令人匪夷所思。

为了证明液压泵工作正常，在手动模式下开启EM2，将EM2通向阀块的互联软管拆下，查看出口是否有液压油流出[3]。实验证明液压油流量较EM1在同样条件下过小。因此又将故障原因转移至液压泵上。为了保证不出现意外，采用之前拆卸方法对液压泵进行检查。发现液压泵上一连接口螺栓松动，判断应为搬运油泵过程不慎导致。对该螺栓进行固定后，加入液压油，重新调定，EM2工作正常。

EM1和EM2调定完成，对运动系统整个管路进行冲洗8小时后，提取油样进行检测，油清洁度为NAS4级，达到使用指标。

（6）作动筒

安装伺服比例阀，对运动系统进行手动升起测试，手动升起时正常，但在频率响应测试时，发现频率、振幅及运动方向满足表1时，模拟机运动平台出现左右抖动现象。

怀疑为运动作动筒液压缸内进入空气所致，如图3所示，进行作动筒排气。在检查2、3号作动筒排气口时，发现空气较多，经放气后重新设置以上频率测试，抖动现象减弱，但仍未完全消除。

通过手动模式下，使运动平台在频率为0.05Hz，振幅为0.4m时做上下往复运动，目的为通过油路循环使空气尽可能排出作动筒。运行2小时后，抖动现象消失，抖动故障排除。运动系统与主机联机调试后，整个系统恢复正常。

3 分析及启示

全动飞行模拟机是当今世界集成度极高、系统极复杂、该类设备集电子、机械、液压、自动控制、数据采集、计算机及图象处理等多门学科技术于一体， 各分系统独立工作又通过计算机网络接口交联， 由计算机实时控制， 协同完成飞行模拟训练。维护保障该类设备需建立专业的模拟机维护团队，维护人员不仅要有较全面的工科类理论基础知识， 而且要具备良好的综合判断能力。要求维护人员应考虑所有产生故障的所有的可能性， 并且要作耐心、细致的分析， 同时， 模拟机各系统相互交联， 控制器、传感器及线路数量庞大而且维护空间狭小，要逐项排查将耗费大量的时间及所需的备件支持。在训练任务繁重时， 出现故障的处理效率将影响培训质量甚至飞行安全， 这就要求维护人员在平时要不断加强业务学习， 熟练掌握软硬件检测方法，迅速隔离故障， 从故障发生概率高的部分查起， 注重对细微差别的分析与鉴别。只有这样， 才能提高维护水平， 减少停机时间，增加训练效益，提升培训质量，确保飞行安全。

参考文献：

[1]明仁雄， 王会雄. 液压与气压传动[M]. 北京： 国防工业出版社， 2003.

[2]李新德， 液压系统故障诊断与维修技术手册（第二版）[M]. 北京： 中国电力出版社， 2013.

[3]石景林. 液压泵马达维修及系统故障排除[M]. 北京： 机械工业出版社， 2013年.

[4]高哲， 张驰. MA60飞机全动模拟机起落架故障仿真改进研究[C]. 中国航空科学技术大会. 2015.

[5]马颖学， 贾居海. MA60飞机飞行模拟机总体工作的剖析[C]. 全国仿真器学术会. 2004.