Aircraft Hydraulic System Raiymkhanuly Nurzhan 2008 Eaton

Aircraft Hydraulic System Raiymkhanuly Nurzhan © 2008 Eaton Corporation. All rights reserved.

Purpose • Гидравлическая система самолета состоит из основной системы с насосами постоянной производительности и аварийной системы с насосом регулируемой производительности. В качестве резервного аварийного источника давления в систему вмонтирован ручной насос (АН-26) 2

• Основная система предназначена для уборки и выпуска шасси, поворота колес переднего шасси, торможения колес основного шасси, выпуска и уборки закрылков, привода стеклоочистителей, аварийного включения золотников флюгирования воздушных винтов и останова двигателей, открытия и закрытия аварийного люка, откатанаката и подъема-опускания рампы грузового люка. Кроме этого, гидросистемой осуществляется управление механизмом ленты перепуска воздуха вспомогательной силовой установки. 3

• Аварийная система используется для выпуска закрылков, аварийного торможения колес, открытия аварийного люка экипажа и аварийного управления откатом и накатом рампы при выходе из строя основной системы или при неработающих двигателях. При необходимости насос аварийной системы может быть включен в основную систему и использован для управления потребителей основной системы. 4

Introduction 5 Hydraulic power is generated mechanically, electrically and pneumatically 1 As airplanes grow in size, so do the forces needed to move the flight controls … thus the need to transmit larger amount of power Air Turbine Pump 2 Hydraulic system transmits and controls power from engine to flight control actuators Electric Motorpump Hydraulic Storage/Conditioning Ram Air Turbine Pump Pilot Inputs 3 Pilot inputs are transmitted to remote actuators and amplified Electric Generator Engine Pump Flight Control Actuators 4 Pilot commands move actuators with little effort 5

Introduction • Aircraft’s Maximum Take-Off Weight (MTOW) drives aerodynamic forces that drive control surface size and loading • A 380 – 1. 25 million lb MTOW – extensive use of hydraulics • Cessna 172 – 2500 lb MTOW – no hydraulics – all manual 6

Example of Flight Controls (A 320) REF: A 320 FLIGHT CREW OPERATING MANUAL CHAPTER 1. 27 - FLIGHT CONTROLS PRIMARY SECONDARY 7

Why use Hydraulics? • Effective and efficient method of power amplification • Small control effort results in a large power output • Precise control of load rate, position and magnitude • Infinitely variable rotary or linear motion control • Adjustable limits / reversible direction / fast response • Ability to handle multiple loads simultaneously • Independently in parallel or sequenced in series • Smooth, vibration free power output • Little impact from load variation • Hydraulic fluid transmission medium • Removes heat generated by internal losses • Serves as lubricant to increase component life 8

Typical Users of Hydraulic Power • Landing gear • • Primary flight controls • • Rudder, elevator, aileron, active (multi-function) spoiler Secondary flight controls • • Extension, retraction, locking, steering, braking high lift (flap / slat), horizontal stabilizer, spoiler, thrust reverser Landing Gear Utility systems • Cargo handling, doors, ramps, emergency electrical power generation Spoiler Actuator HYDR. MOTOR Flap Drive GEARBOX TORQUE TUBE Nosewheel Steering 9

Sources of Hydraulic Power • Mechanical • Engine Driven Pump (EDP) - primary hydraulic power source, mounted directly to engines on special gearbox pads • Power Transfer Unit – mechanically transfers hydraulic power between systems • Electrical • • Engine Driven Pump attached to electric motors, either AC or DC Generally used as backup or as auxiliary power Electric driven powerpack used for powering actuation zones Used for ground check-out or actuating doors when engines are not running Ram Air Turbine Pneumatic • Bleed Air turbine driven pump used for backup power • Ram Air Turbine driven pump deployed when all engines are inoperative and uses ram air to drive the pump • Accumulator provides high transient power by releasing stored energy, also used for emergency and parking brake Maintenance-free Accumulator AC Electric Motorpump Power Transfer Unit 10

• Аварийная авиационная турбина (англ. ram air turbine, RAT) — небольшой пропеллер с электрическим генератором и/или гидравлическим насосом, предназначенный для аварийного электропитания самолётов и поддержания давления в гидравлической системе бустерного управления. 11

• Аварийная турбина автоматически выпускается из специального отсека в корпусе при отказе основного и запасного источников электричества или отказе гидравлических систем. Раскручиваемая набегающим потоком воздуха, она способна вырабатывать электрический ток и/или создавать давление в гидросистемах для питания критически важных систем летательного аппарата. 12

• на Ту-154 её нет, а в случае отказа двигателей вращение генераторов и насосов гидросистемы осуществляется за счёт авторотации (под действием набегающего потока воздуха) ротора компрессора низкого давления в двигателях. Аварийных турбин нет также на турбовинтовых самолётах и вертолётах. 13

Aircraft Hydraulic Architectures Comparative Aircraft Weights Increasing Hydraulic System Complexity 14

Aircraft Hydraulic Architectures Single-Aisle Example Block Diagrams – Airbus A 320/321 MTOW (A 321): 206, 000 lb Flight Controls: Hydraulic FBW Key Features • 3 independent systems • 2 main systems with EDP 1 main system also includes backup EMP & hand pump for cargo door 3 rd system has EMP and RAT pump • Bi-directional PTU to transfer power between primary systems without transferring fluid Safety / Redundancy • All primary flight controls have 3 independent channels • Engine-out take-off: PTU transfers power from Y to G system to retract LG • Rotorburst: Three systems sufficiently segregated • All Power-out: RAT pump powers Blue; LG extends by gravity REF. : AIR 5005 (SAE) 15

Wide Body Aircraft Hydraulic Architectures Example Block Diagrams – Boeing 777 MTOW (B 777 -300 ER): 660, 000 lb Flight Controls: Hydraulic FBW Key Features • 3 independent systems • 2 main systems with EDP + EMP each • 3 rd system with 2 EMPs, 2 engine bleed airdriven (engine bleed air) pumps, + RAT pump Safety / Redundancy • All primary flight controls have 3 independent channels • Engine-out take-off: One air driven pump and EMP available in system 3 to retract LG • Rotorburst: Three systems sufficiently segregated • All Power-out: RAT pump powers center system; LG extends by gravity LEFT SYSTEM CENTER SYSTEM RIGHT SYSTEM REF. : AIR 5005 (SAE) 16

Fly-by-Wire (FBW) Systems Conventional Mechanical Fly-by-Wire • Pilot input mechanically connected to flight control hydraulic servo-actuator by cables, linkages, bellcranks, etc. • Servo-actuator follows pilot command with high force output • Autopilot input mechanically summed • Manual reversion in case of loss of hydraulics or autopilot malfunction • Pilot input read by computers • Computer provides input to electrohydraulic flight control actuator • Control laws include • Enhanced logic to automate many functions • Artificial damping and stability • Flight Envelope Protection to prevent airframe from exceeding structural limits • Multiple computers and actuators provide sufficient redundancy – no manual reversion PILOT INPUTS RIGHT WING AUTOPILOT INPUTS LEFT WING BOEING 757 AILERON SYSTEM 17

• Гидравлическая система самолета состоит из основной, аварийной систем и системы ручного насоса. Источниками давления в них служат: • два гидравлических шестеренных насоса агр. 623 АН (основная система); гидроаккумулятор общей сети нагнетания (основная система); гидроаккумулятор тормозов (основная система); аварийная насосная станция НС-14 (аварийная система); ручной насос НР-01/1 (система ручного насоса). 18

• Основная гидросистема обеспечивает: • выпуск и уборку шасси; • выпуск и уборку закрылков; • торможение колес основных опор шасси; • управление поворотом колес передней опоры шасси; • привод стеклоочистителей; • управление нижним аварийным люком; • аварийное флюгирование воздушных винтов и останов двигателей; • привод транспортера; • откат и накат рампы; • открытие и закрытие пороговых замков грузолюка; • открытие и закрытие боковых (бимсовых) замков грузолюка; • открытие замков рельса грузолюка. 19

• Система ручного насоса обеспечивает: открытие боковых замков, замков рельсов и порога; закрытие боковых замков и замков порога; подъем рампы; откат и накат рампы; дозаправку гидробака; питание через семипозиционный кран аварийной гидросистемы. Аварийная система обеспечивает: • аварийный выпуск закрылков; • аварийное торможение основных опор шасси; • аварийное открытие нижнего аварийного люка; • аварийный откат и накат рампы; • аварийное открытие и закрытие пороговых замков грузолюка; • аварийное открытие и закрытие боковых замков грузолюков; • подъем и опускание рампы; • питание через кран кольцевания основной гидросистемы. 20

Все системы питаются из одного гидробака. Для повышения кавитационного запаса насосов и увеличения высотности гидросистемы осуществляется наддув гидробака воздухом, отбираемым из-за компрессоров двигателей. 21

• Основные данные • 1. Рабочая жидкость. . . . . АМГ-10 • 2. Давление в основной гидросистеме. . . . 120± 5… 155± 5 кг/см 2 • 3. Максимальное давление в аварийной гидросистеме. . . 160+15 кгс/см 2 • 4. Максимальное давление в системе ручного насоса. . . . 162… 167 кгс/см 2 • 5. Давление наддува гидробака. . . . 1± 0, 1 кгс/см 2 • 6. Давление зарядки гидроаккумуляторов: • общей сети нагнетания. . . . . 85± 5 кгс/см 2 • сети тормозов. . . . . . 60± 3 кгс/см 2 • 7. Общая емкость системы. . . . . 65 л 22

• два гидравлических насоса агр. 623 АН • предназначенные для создания рабочего давления в основной гидросистеме. Представляют собой шестеренные насосы высокого давления с гидравлической компенсацией торцевых зазоров шестерен. Производительность насоса при давлении 120… 150 кгс/см 2 составляет 16… 19, 5 л/мин, на режиме холостого хода из-за уменьшения внутренних перетеканий (увеличение КПД) – возрастает до 22… 23 л/мин. Установлены на коробках приводов двигателей, слева; 23

• автомат разгрузки гидронасосов ГА-77 Н предназначенный для переключения насосов на холостой режим работы при достижении давления в системе более 155± 5 кгс/см 2 и переключения насосов на рабочий режим, когда давление в системе упадет ниже 120± 5 кгс/см 2. В автомате разгрузки установлен обратный клапан, который исключает разрядку гидроаккумулятора общей сети при неработающих насосах. При отказе переключающей системы автомата разгрузки в работу вступает предохранительный клапан, который предотвращает повышение давления в системе свыше 170+10 кгс/см 2. Автомат разгрузки 24

• электрогидравлический кран ГА-140 , предназначенный для перекрытия линии зарядки гидроаккумулятора общей сети во время уборки шасси. Является двухпозиционным электрогидравлическим краном с сервоуправлением. Установлен в хвостовой части левой мотогондолы двигателя; • гидроаккумулятор сети тормозов • предназначенный для накопления энергии, расходования ее в общей сети, а так же основного и аварийного торможения колес основных опор шасси, аварийного останова двигателей с флюгированием воздушных винтов и открытия нижнего аварийного люка 25

• Aварийная насосная станция НС-14 15, предназначенная для создания давления в аварийной гидросистеме. Представляет собой ротативно-поршневой насос переменной производительности с торцевым распределением рабочей жидкости. Привод насоса от электродвигателя МП-2500 постоянного тока через редуктор. Регулирование производительности насоса осуществляется изменением угла наклона блока цилиндров. Максимальное давление создаваемое насосом 210 кгс/см 2. Производительность насоса при давлении 170 кгс/см 2 составляет 8 л/мин. Насосная станция может включаться вручную (при проверке работоспособности) или автоматически при аварийном управлении выпуском закрылков, торможении, открытие нижнего аварийного люка, откатом, накатом и подъемом рампы. Питание электродвигателя станции осуществляется через предохранитель ИП-100 и контактор ТКС-201. Установлена слева под задним зализом центроплана; 26