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飞机的助力机构——液压系统

  飞机的飞行活动是依靠驾驶员操纵控制各操纵面(升降舵、方向舵、副翼等)的活动来实现的。小型飞机的操纵面比较轻巧,一般重量都在100千克以下。驾驶员只要用自己的体力就能搬动驾驶杆、踏踩脚蹬、拉动钢索使副翼或方向舵转动。飞机大型化以后,一对副翼的重量就可达l吨以上,仅凭体力去搬动这些庞然大物,那是绝对办不到的了。此时飞机上就出现了助力机构。

  助力器的作用就是帮助驾驶员用较小的力量去操纵笨重的操纵面。它包括很多种类,平时我们常见的杠杆、滑轮、齿轮等机械都可以用来做助力机构。但这些机构有两个缺点:一是各种机械连接之处总会留有一点间隙,要把力传递过去会有时间延迟;第二机械传力是 直接的、双向的,如果在传力时遇到阻碍,往往会在反 方向造成机构的损害。因此飞机上的绝大部分助力机构 都不采用这种方式,飞机采用的多为液压传动助力系 统。日常生活中,我们常常可以看到在建设工地上施工的挖掘机,它那巨大的挖斗由伸出缩入的推杆来带动, 就是由液压机构来实现的。

  液压的原理并不复杂。早在17世纪,法国科学家 帕斯卡就总结出以下原理:“液体在一个密闭的容器 中,如果对液体的一部分施加压力,液体就可以把这个 压力不变地传到容器的每一点。”这个原理被称为帕斯 卡原理。设想一下,我们把一个装满液体的容器的两面 做成活动的,一面的面积小,另一面的面积大,如果大 的面积是小的面积的20倍,在小面积一方加一个力,那么在大面积的一方得到的力就是原来力的20倍。根据上述原理制造出的液压机构就能使一个力成倍的增大。液压传力没有延迟,反向的作用力也不会损害相连 部件,这些都是它的优点。要在飞机的不同部件上使用 液压,就要组成一个液压系统。液压系统由泵、管道、作动器、储液箱和阀门等组成。储液箱中存放着专用液 体(目前多用矿物油)。泵给液体加压,然后输送到管道系统中。管道上设有各种阀门,通向飞机上各种需要液压的部件。阀门控制管道中液体的流速、压力、流动方向。管路的一端是发出力量的作动器。作动器有两类:一类是作动筒,它是一个液压缸,缸中有活塞和推杆,液体在缸内推动活塞,活塞与推杆一起向前运动,把变大的力量传出去;另一类是液压马达,它利用增压后的液体去冲击涡轮转动,输出的是旋转的轴动力。

  飞机的升降舵、方向舵和副翼上都有作动筒,用它们来推动这些操纵面的转动;此外作动筒也被装在刹车片的后方。当飞机需要刹车时,作动筒内的推杆把刹车片和固定轮盘压在一起,产生摩擦力从而使飞机停止运动;作动筒还被装到起落架上,当飞机离地后,作动筒把推杆回收带动起落架收回到轮舱内。飞机降落时,推杆推出使起落架放下。液压马达只用在某些飞机上起到调整发动机转速的作用。

  液体的压力越高,它内部存储的能量越高,液压机构的体积也可以做的越小。飞机上使用的液压压力超过100个大气压,产生的力量是惊人的。收放大型飞机起落架时所用的力高达1000千牛以上,而一个成年男子的肌肉力量通常仅为0.5千牛。如果这件事靠人力去做,就需要2000多人一齐用力才成。飞机在飞行中,控制机构的失灵是非常危险的。例如飞机降落时放不下起落架,飞机就会发生严重的事故。因此液压系统在飞行的任何时刻,与电力系统一样都必须保证正常运转,为了防止液压系统失效,在飞机上也为它安排了三道防线。

  大型飞机的液压主要是由两台发动机带动的两个主液压泵来提供的。为了确保液压的供应,在机上又装了两个电力驱动的交流电动泵。如果一台发动机发生故障停止工作,那另一台还可以提供全部液压动力;如果两台都出了毛病,在飞机上还有一个可由蓄电池供电的直流电动泵,用它来提供液压,这是第二道防线。假如飞机的所有发动机都出现了故障,发动机泵和交流泵均失去效能,直流泵也不能维持太长的时间,此时还有最后的一道防线——空气冲压涡轮。它平时被藏在机翼内部,只有到了最紧急的关头,驾驶员才按动按钮,把它从机翼内放出来。它实际上如同一个风车,放出来以后,它的涡轮叶片向前伸人气流中。迎面而来的气流吹动涡轮叶片,涡轮旋转带动与它相连的涡轮泵,为液压系统提供压力。有了液压,驾驶员才能放下起落架并且控制副翼和升降舵使飞机安全降落在地面上。这套机构必须快速发挥作用,一般要求它在7秒钟之内就做出反应。空气冲压涡轮一旦被放出后是无法自动回收到飞机内的,它只能在地面上由维修人员把它安放到原来的位置上。