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液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 0年 第 8期 8 mx 6 m低速风洞特大攻角试验设备 液压系统故障排除 王天虹 张海酉 沈 红 黄 悦 兰 波 中 国空气 动力研 究与发展 中心 ， 四川 绵 阳6 2 1 0 0 0 摘 要 8米 6米低速风洞特大攻角试验设 备 ， 是“ 十一五” 期 间新研制的一套飞机模 型风洞试验支撑装置 ， 目的是实现飞机模型在特 大攻角状态下的风洞试验 。该设备的液压系统可实现试验模 型各种高难状态 的自动驱 动与控制 ， 液压系统主要 由液压泵站 油源 、 七 个 四组 伺服液压缸及其控制元件等组成 。 该系统于 2 0 0 6年投入使用 ， 在 2 0 0 7年初的一次试验中 ， 模型上行 出现了失控故障， 致使模 型撞到风洞上洞壁 ， 直接导致模 型和试验天平损坏。本文简要地介绍 了该系统 的原理 、 故障现象 、 故障排除 以及系统改进。 关键词 特大攻角设备 ； 风洞试验； 液压系统 中图分类号 T P 2 7 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 0 8 0 0 5 4 0 4 Tr o u b l e s ho 0 t i n g o f Hy d r a u l i c S y s t e m o f t h e S u p e r Hi g h An g l e o f At t a c k Te s t Eq u i pme n t i n 8 m X 6 m Lo w S p e e d W i nd Tun n e l WANG T i a n - h o n g Z HANG Ha i - y o u S HEN Ho n g H U ANG Y u e L AN B o C h i n a A e r o d y n a m i c R e s e a r c h D e v e l o p me n t C e n t e r ， Mi a n y a n g 6 2 1 0 0 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e s u p e r h i g h a n g l e o f a t t a c k t e s t e q u i p me n t i n 8 mx 6 m l o w s p e e d w i n d t u n n e l w a s a n e w s y s t e m s u p p o r t i n g th e a i r c r a f t mo d e l i n w i n d t u n n e l t e s t ， w h i c h wa s d e v e l o p e d d u ri n g t h e e l e v e n t h fi v e- y e a r p l a n ． T h e d e v i c e S h y d r a u l i c s y s t e m w h i c h c o n s i s t e d o f h y d r a u l i c p u m p s t a t i o n o i l s o u r c e ，s e v e n f o u r s e r v o c y l i n d e r s ，c o n t r o l c o m p o n e n t s a n d o t h e r c o m p o n e n t s c o u l d d ri v e a n d c o n t r o l t e s t mo d e l a u t o ma t i c a l l y 1 ． Th e s y s t e m wa s p u t i n t o u s e i n 2 0 0 6 a n d a p p l i e d i n e a r l y 2 0 0 7 ．I t e me r g e d o u t o f c o n t r o l i n t h e u p l i n k t o h i t w a l l o f w i n d t u n n e l ， l e a d i n g t h e mo d e l a n d t e s t s c a l e t o b e a b s o l u t e l y d a ma g e d ． Th i s a rti c l e b ri e fl y i n t r o d u c e d t h e p rin c i p l e o f t h e s y s t e m， f a i l u r e p h e n o me n a ， t r o u b l e s h o o t i n g ， a n d s y s t e m i mp r o v e me n t s ． Ke y W o r d s s u p e r h i g h a n g l e o f a t t a c k t e s t e q u i p me n t ； wi n d t u n n e l t e s t ； h y d r a u l i c s y s t e m U 引 百 为了提高 8 m x 6 m低速风洞的试验能力 ， 中国空气 动力研究与发展中心从 2 0 0 3年开始研制特大攻角试 验设备 ， 历时 3年 ， 于 2 0 0 6年 1月完成调试试 验并正 式投入使用。该设备的研制成功， 使 8 mx 6 m低速风洞 具备 了大攻角 、 大侧滑角试验能力 ， 试验范围可达攻角 a 0 ～ 1 2 0 。 、 侧滑角 一 3 0 ～ 3 0 o l I I ； 通 过更换 不 同形 式 的支 杆 ， 可满足试验模型的多种支撑方式 的要求 ， 具有广泛 的适应性 和发展 多种试验 的能力 。 但是 ， 在 2 0 0 7年 的一次试验过程中 ， 该设备的液 压系统出现了失控故障，致使试验模型和试验天平损 坏。为此 ， 开展 了设备的故障排除和改进工作， 并 于当 年圆满完成 ， 确保 了该设备的安全运行。 1 设备简介 1 ． 1 设备组 成与试验 能力 1 ． 1 ． 1设备组成 8 m x 6 m低速风洞特大攻角试验设备主要包括支撑 收稿 日期 2 0 1 0 0 4 2 3 作者简介 王天虹 1 9 6 9 一 ， 女， 学士， 毕业于甘肃工业大学流体传 动及控 制专业 ， 从事于风洞试验设备与技术研究 。 5 4 和运动支臂机构 、 伺服液压系统 、 电气控制系统 见图 1 。运动支臂机构通过伺服液压缸控制可实现三个方 向的运 动， Y向、 攻角方向和两个侧滑角方 向， 其中 ， Y 向运动 由一个伺服液压缸控制 ，攻角方向运动由一组 两个 伺服液压缸在支臂 的前端下面进 行控制 ， 侧滑 角方向运动分别由两组 四个 伺服液压缸在支臂的后 端左右进行控制 ，通过这三个方 向的运动组合实现模 型不 同姿 态角 的 自动 控制 。 图 1 8 m x 6 m低速风洞特大攻角试验设备 Hy d r a ul i c s Pn e uma t i c s Se a l s ／ No ． 8． 2 01 0 1 ． 1 ． 2设 备的 主要试 验 能力 1 攻 角运 动范 围 大 攻 角 0 ～ 1 2 0 。 ， 常 规攻 角 一 1 0 ～ 3 0。 。 2 攻 角运 动速 度 大 攻角 3 。 ／ s ， 常规 攻 角 1 ／ s 。 3 攻角控制精度 A a 0 ． 0 5 。 。 4 侧滑角运动范围 一 3 0 ～ 3 0 。 。 5 侧 滑角运 动速 度 大攻 角 2 。 ／ s ， 常 规攻 角 1 。 ／ s 。 6 侧 滑控制 角精 度 0 ． 0 5 。 。 7 Y向机 构平均 运 动速度 1 4 0 m m ／ s 。 8 定位精度 △ 5 m m 。 1 ． 2 设 备 的液压 系统 系统 技术指 标 与工作 原 理 1 _ 2 _ 1 液压 系统 主要 技术 指标 1 大 流量 2 0 0 L ／ m i n 。 a机构油缸 口机构油缸 厂 2 额定工作压力 2 1 MP a 。 3 最高工作压力 2 5 MP a 。 4 电动机功率 4 5 k Wx 2 。 5 工 作介 质 Y H一 1 0航空 液压 油 。 6 油 箱容 积 1 0 0 0 L 。 7 工作温度 1 5 ～ 5 O ℃。 1 ． 2 ． 2 液压 系统工 作原 理 该 风洞 特 大攻 角试 验 设备 液 压伺 服 系 统是 一套 完 全独 立 的 系统 ，主要 用 于实 现攻 角 机构 、前侧 滑 角机 构 、 后侧滑角机构、 Y向机构的协调运动。 该系统主要包 括液压动力部分 即油源部分 和液压执行部分 包括 七个 液压 缸 ， 其系 统原理 图如 图 2所示 。 口机构后油缸 Y向机构后油缸 图 2液 压 系 统 原 理 图 1 油 源部 分 。 油 源通 过 两 台功 率 各 为 4 5 k W 电机 分别 带 动 两 台 柱塞液压泵工作 ， 每 台液压泵流量为 1 0 0 L ／ m i n ， 最高工 作压 力 为 2 5 MP a ； 油 源 由三 级 溢 流 阀进行 调 压 ， 可 以 减 小调 压 时 的压力 冲击 ，升 压方 式 为 卸 荷一 中压一 高 压 逐级 升压 ， 降压 方 式 为高 压一 中压一 卸荷 逐 级 降压 ； 另 设有安全 阀， 限制系统最高压力而起到安全保护作用 ； 液压 泵 出 口设 置单 向阀 ，防 止 液压 油 回流 ，保护 液 压 泵 单 向阀后设液压滤波器既蓄能器 ， 消除压力脉动 ； 高压 油路 和 回油路 上 分别 设 置 过滤 器 ，过 滤 器带 滤 芯 堵塞发讯器 ，发讯器具备同时向控制台发讯电信号和 本地灯光指示功能 ；高压油路上设置压力传感器检测 油路压力 ，油箱内还设置了温度传感器检测油液的温 度 ，压力和温度的数值可以通过控制台上的数显表读 出 ． 同时起 到 监控作 用 。 另 外 ，为 防 止流 量 瞬 间增 大 ，造成 油 源供 油 量不 足 ． 设置一组蓄能器辅助供油能源 ， 蓄能器组共四只蓄 能 器 ， 每 只容 积 4 0 L ， 最 高工 作压力 3 1 ． 5 MP a 。 2 执行部分。 执行部分共有七个 四组 伺 服液压缸组成 ， 各液 S 液 压 气动 与 密 封／ 2 01 0年 第 8期 压缸的动作受伺服阀控制 ，通过指令信号控制伺服阀 的开V I ， 来控制液压缸进 、 出V I 的油量 ， 从而达到控制 液压缸的运动方向和速度。模型通过四组液压缸运动 的组合 ， 可以按照给定算法的轨迹运动， 实现姿态角控 制。在伺服阀与液压缸之问的管路上装有液压锁 只有 Y向液压缸上腔与伺服阀之间未装 ， 在系统失压状态 下可将液压缸锁死 ， 起到保护模型和设备的作用。 2 故障现象和排除过程 2 ． 1 故 障现象 在试验间歇时， 机构带着模型缓慢上升 ， 所有操作 均无法控制 ， 即使将所有电源切断模型仍然继续上升， 直到与风洞上洞壁相撞才停止。由于 当时系统全部处 于断电状态， 各监测信号均无法正常监测 ， 无疑增加了 故障点排查的难度。 2 ． 2 故 障分析 液压系统故障的判断 ， 是个复杂 的过程 ， 往往针对 一 种故 障 ， 其 产生 的原 因可 能有 几种 ， 对 此采 用逐一 排 除法 。 首先 ．模型上行失控 的最直接原因就是在上行回 油路上未加装单 向阀进行断电自锁 见图 2 。 针对这一 分析我们决定在上行 回油路上加装一个 内控单向阀进 行断电自锁 ， 但在凋试过程中发现机构无法正常上行， 经分析是内控单 向阀未能打开所致 ，后换成外控单 向 阀调 试成功 ， 机构上行 完全 可以断 电 自锁 。 但仍未找到问题 的根源。因为在设计时考虑到整 个机构和模型约有上吨的重量 ，估计在系统卸压或断 电状态下不会上升 ．所以着重考虑模型与机构下行 时 的断电 自锁。经进一步对系统原理以及各元件的基本 功能 和控 制方 式进行 分析后 发 现 ，一是 控制 机构 Y 向 运 动 的伺 服 阀在 断电情 况下 阀芯 处 于浮动 状态 并且 有 一 定 的开 口。 导致油 液可 以流 动 二是 在所有 电源均 被 切断情况下 ， 机构能克服掉上吨的自身重力而上升 ， 系 统中应存有一定的压力 ．如此应该是溢流阀未能完全 卸荷。 该液压系统设计中为实现有级压力控制。 而选用 了 北京华德液压工业集 团 任公 司生产 的 D B 3 U型多 级 电液先 导溢流 阀 ， 型 为 D B 3 U 2 0 E 一 3 3 0 ／ 3 1 5 G 2 4 Z 5 L ， 该溢流阀的结构 见幽 3 与工作原理简介如下 D B 3 U型 阀是先导 控制 的二节 同心式 三级 溢流 阀 ， 主阀和导阀均为锥阀式结构。通过电磁换向阀可以控 制系统的压力实现三级变化。D B 3 U主要由主阀、 5通 径 三位 四通 电磁 阀和三个先导 阀组成 。导 阀 I、 Ⅱ为 直 动 型溢流 阀。 5 6 1 一主阀 芯2、 3 -阻 尼器4、 5、 1 0、 1 2 - 通 道 6 一 锥阀7 一 先 导阀8 一 弹簧9 一 弹簧腔 图 3 D B 3 U型多级电液先导溢流阀结构图 对于 D B 3 U ⋯E ⋯／ ⋯型多级溢流阀来讲， 其三位四 通电磁阀的中位机能为“ O” 型 ， 如图 4所示 ， 压力控制 原理如下 在电磁铁断电时 ， A腔压力由导阀 7控制。 A 腔的压力油作用在主阀芯 1下端的同时。通过阻尼器 2 、 3和通道 l 2 、 4和 5作用在主阀芯上端和先导阀 7的 锥阀 6上。当系统压力超出弹簧 8调定的压力时 ， 锥阀 6被 打开 ，同时主 阀芯 上端 的压力 油通 过 阻尼器 3 、 通 道 5 、 弹 簧腔 9及 通道 1 0流 回油箱 。这样 ， 压力 油通过 阻尼器 2 、 3时在主阀芯上产生一个压力差，主阀芯在 此压力差的作用下打开。此时。 在调定的压力下压力油 从 A腔流 到 B腔 。 L 图 4 D B 3 U ⋯E⋯／ ⋯型多级溢流阀符号简图 当电磁铁 a通 电情况下 A腔压力 由先导阀 Ⅱ控 制。 当电磁铁 b通电时 ， A腔压力 由先导阀 I 控制。 由于 不论先导阀 I 和 Ⅱ哪个工作时， A腔压力油都要通过阻 尼器 2 、 3和通道 1 2 、 4和 5作用在主阀芯上端和先导 Hv d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ N O ． 8 ． 2 01 0 阀 7的锥阀 6上 ，再通过电磁阀作用在先导阀 I或 Ⅱ 的锥阀上 ，所 以先导阀⑦ 的调定压力一定要高于先导 阀 I和 Ⅱ的调定压力。 该液压系统开始选用的就是这种型号的多级溢流 阀 ， 由此 产 生一 个关 键 问题 就 是 在断 电情 况 下 ， 三 位 四 通电磁阀处于失电的中位状态 。此时 A腔压力完全由 ． 先 导 阀 7控 制 ，它 的调定 压 力 又必 须 高于 先 导 阀 I和 Ⅱ的调 定压 力 ，所 以此 时 的压力 是 系统 的最 高压 力状 态 ， 在这种状态下液压缸如果没有 自锁 ． 浮动状态的伺 服阀又有开 口， 机构肯定要开始运动 ， 而且在蓄能器 的 作用下会一直运动到行程终端 。 2 ． 3 故 障排 除 针对 以上 问题 ． 改用 D B 3 U ⋯H⋯／ ⋯型 多级 溢 流 阀 代替原有溢流阀 ，这个溢流阀的三位四通电磁 阀的中 位 机能 为 “ H” 型 ， 如 图 5所 示 ， 所 以在 断 电 时 A 腔压 力 图 5 D B 3 U⋯H⋯， ⋯型多级溢流阀符号简图 油作用在主阀芯 1下端 的同时 ，通过阻尼器 2 、 3和通 道 l 2 、 4和 5作用在 主阀芯上端并通过 电磁 阀中位直 接回油箱 ， 所以主阀芯打开 ， 系统处于卸荷状态 ． 而系 统压力的两级控制分别 由先导 阀 I和 Ⅱ调定 。应注意 此时先导阀 7的调定压力仍然要高于先导阀 I和 Ⅱ的 调定压力 ， 这个调定压力可起到安全阀的作用 。至此 ， 该 液压 系统 排故 和改 进全部 完成 。 3 结论 1 经过故障排除并改进后 的液压系统更好地满 足了风洞试验安全性要求 ， 至今 已完成多期风洞试验 ， 为我国高机动战斗机的研制做出了贡献。 2 在液压系统设计 中， 一般应按常规操作方式和 习惯来选用适合功能的元件。 3 液压系统 的故 障排除应分析具体问题 ， 抓住故 障现象作为着手点， 不能盲 目行事。 参 考 文 献 沈红． 8 mx 6 m大攻 角试验设备液压系统施工设计报 告『 R 1 ． 中 国空气动力研究 与发展 中心． 2 0 0 4 3 ． 王天虹． 8米 6米 风洞特大攻角试验设备液压伺服系统情况 总结【 R ] ． 中国空气动力研究与发展 中心， 2 0 0 6 5 ． 姜裕标 ．8 mx 6 m风 洞特大攻 角试验设 备研制 配套设备 改造 总结[ R I ． 中国空气动力研究与发展中心， 2 0 0 6 5 ． 张 晖． 8 mx 6 m 风 洞特 大攻 角 试验 设备 动态 调试 试验 报 告 闻 ． 中国空气动力研究与发展中心， 2 0 0 6 5 ． 张 晖． 8 mx 6 m 风 洞 特 大 攻 角 试 验 设 备地 面 调 试 试 验 大 纲 『 R ] ． 中国空气 动力研究与发展中心． 2 0 0 6 5 ． 孙 海生． 8 mx 6 m风洞特 大攻 角试验设 备研制技术 总结报告 『 RI ． 中国空气动力研究与发展中心， 2 0 0 6 5 ． 协会第 2 4届统计工作年会在烟台举行 中国液压气动密封件工业协会第 2 4届行业统计工作年会于 2 0 1 0年 5月 2 l ～ 2 2日在 山东烟台市举行 。 行 业重点联系企业综合统计人员和部 门领导 4 0余人参加 了会议 ， 会议由协会秘书长杨补春主持。 协会统计工作部王金垄部长在会上作了 2 0 0 9年度行业经济运行情况分析 ， 介绍了 2 0 1 0年第一季度重 点联系企业经济运行情况 ， 并对行业重点联系企业月 季 报工作提出了具体要求 。 为更好服务行业企业 ， 满足会员单位对 国家宏观政策和主机行业经济发展态势 的了解 ， 近两年协会在原 液气 密行 业运 行 分析 的基 础上 ， 增 加 了机 械工 业宏 观信 息 汇编 和 主机行 业 运行 态势 分 析 ， 让行 业 企业 能够 方 便地掌握更多的信息资讯 ， 为提高行业统计工作水平 ， 会议为统计人员提供了相关统计培训资料。 会上 ， 参会人员逐一介绍了本企业 的经济运行情况和统计工作的具体做法 以及存在的问题 ， 大家互相学 习 ． 交流统计工作的心得体会 ， 表示在今后 的工作中按照协会对统计工作的要求 ， 确保统计表报的及时、 准确 、 完整。 协会秘 书长 杨补 春宣读 了中 国液压气 动 密封件 工业 协会 “ 关 于表 彰 2 0 0 9年度 液压 气 动密封 行业 先进 统 计工作者通知” 的决定 ， 对一年来辛勤工作在统计工作岗位上认真履行职责 ， 开拓创新 ， 默默奉献 ， 在行业统计 工作中表现突出的刘莺莺等 2 6名同志予以表彰奖励 。会议号召各单位统计人员向他们学习。 5 7 ⋯
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