确定飞机制动阀阀芯与阀套之间环形间隙的方法

摘要

一种确定飞机制动阀阀芯与阀套之间环形间隙的方法，根据规定的脚蹬操纵力确定阀芯直径，并根据内漏控制要求确定阀芯与阀套之间的配合间隙，用于保证阀芯在阀套中间相对线性运动的过程中，在结构设计上将内漏量控制在规定范围内，保证制动阀阀芯与阀套的配合间隙不发生内漏故障。本发明得到该制动阀阀芯的直径与制动阀的内漏量成正比，在满足性能要求调试要求的条件下，计算并控制阀芯直径，具有控制内漏故障的作用。

说明书

技术领域

本发明涉及飞机刹车产品的结构设计领域，具体是一种确定飞机制动阀阀芯与阀 套配合间隙的方法。

背景技术

所述飞机刹车系统产品制动阀是典型的弹簧质量系统，用于将210kg/Cm²的油源 压力转换为140kg/Cm²的刹车压力。工作原理是：刹车时驾驶员脚踩脚蹬，压缩减压 弹簧，弹簧力压下阀芯，打开进油腔，使210kg/Cm²的压力油一部分进入刹车腔，从 刹车腔通向刹车机轮。另一部分通过阀芯内部的通油孔进入感压腔，作用在阀芯底部， 当阀芯底部的感压压力和弹簧力达到平衡状态时，阀芯移动关闭进油腔。

制动阀由弹簧组件、滑阀组件、套筒组件和壳体组成，在装配调试过程中，弹簧 组件的弹力调整到使刹车阀输出压力为140kg/Cm²；弹簧组件的弹簧座一端与端盖接 触，端盖安装在套筒上，驾驶员脚蹬机构作用在套筒的端盖上；弹簧组件的底座与阀 芯同轴接触，在驾驶员脚蹬力作用下，通过弹簧组件使阀芯移动。滑阀组件由阀芯和 阀套同心配合组成，配合时按规定的精密配套间隙研磨。

内漏是飞机制动阀常见的故障，内漏指液压油从高压腔通过阀芯与阀套之间的间 隙，漏到回油腔，引起刹车压力降低的故障。

内漏是发生在产品内部的泄露，在外面看不见。油液通过阀芯与阀套配合表面之 间的间隙，从刹车腔内漏到回油腔，就是一种常见的内漏。所述飞机制动阀的功能包 括：在输入210kg/Cm²压力的条件下，能够输出0kg/Cm²～140kg/Cm²的着陆刹车压力； 在地面滑行过程中输出30kg/Cm²的地面转弯差动刹车压力；飞机在连续24h停在停机 位的条件下，不小于70kg/Cm²的地面停机刹车压力，既具备连续24h的保压功能。

国内外的飞机刹车系统设计有起飞线制动功能、着陆防滑刹车功能、地面转弯差 刹车动功能、地面停机刹车功能，任何一种功能不符合设计要求均为发生故障。制动 阀是刹车系统中输出刹车压力的液压附件，其功能是将液压源输入的额定压力，经过 减压，输出研制要求的刹车压力。

制动阀的滑阀由阀芯和阀套组成，制动阀的内漏指从进油管嘴进来的一部分高压 油没有进入刹车腔，而是通过阀芯与阀套之间的间隙，进入回油腔，引起刹车压力下 降，影响制动阀的着陆刹车功能、停机刹车功能和地面差动刹车功能。

国外现状

西方国家将制动阀称之为：Power valve,制动阀中阀芯与阀套的配套间隙采用 0.0003～0.0005cm的范围，由于采用常规的配套间隙，因此制造工艺性很好，但具有 内漏量大的缺点，内漏量大使这种制动阀的保压功能不好。因此在飞机在停机坪上处 于停机状态时，必须采用轮挡防止飞机在停机评上滑动，或者采用大型蓄压器补充停 机刹车压力。国外现有技术具有下列特点：

1)采用现有技术制造的阀芯和阀套具有工艺性好的特点，可以大规模生产符合 特定内漏量要求的阀芯和阀套；

2)由于在使用过程中磨损会加大阀芯和阀套之间的间隙，制动阀使用中的内漏 量大于制造过程中的内漏量，只能另外采用措施弥补这种缺陷造成的刹车压力下降；

3)由于存在内漏大的特点，需采取下列补偿措施：给飞机机场提供轮挡，防止 飞机在停机坪上滑动；在飞机上设计大型蓄压器给刹车系统补充压力等，这些项措施 虽然已广泛使用，但加大了后勤保障的资源消耗；

国内现状

国内的制动阀研制技术来源于国外，主要技术来源有：

1)原来从前苏联引进的安24、安12飞机制造技术中含有制动阀的制造技术，包 括原图和制造工艺；

2)测绘制造波音等国外飞机的制动阀。

所以，国内现有技术也具有国外制动阀的特点，虽然制造工艺相对简单，但使用 中所需的轮挡、大型蓄压器等消耗保障资源太多。

综上所述，现有国内外制动阀制造技术均为常规技术，存在阀芯与阀套配合间隙 大，引起压力油的内漏量大的缺点。

为了消除现有技术存在的上述不足，有必要发明一种消除制动阀内漏故障的设计 方法，排除采用现有技术制造制动阀存在的内漏故障。

发明内容

为克服现有制动阀制造技术中存在的阀芯与阀套之间的配合间隙大的不足，本发 明提出了一种确定飞机制动阀阀芯与阀套之间环形间隙的方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，根据制动阀的功能确定故障判据；

所述制动阀的故障判据是：在输入210kg/Cm²压力的条件下，能够输出0kg/Cm2～ 140kg/Cm²的着陆刹车压力；在地面滑行过程中输出30kg/Cm²的地面转弯差动刹车压 力；在连续24h将飞机停在停机位的条件下，地面停机刹车压力不小于70kg/Cm²，即 具备连续24h的保压功能。上述任何一种不符合设计要求均为发生故障。上述故障均 由内漏引起，根据故障判据进行阀芯与阀套的配合间隙设计。

步骤2，确定产生内漏的因素：

根据公式(1)确定产生内漏的因素

$Q=\frac{\mathrm{\pi d}{\delta }^3\mathrm{\Delta P}}{12\mathrm{\mu L}}---\left(1\right)$

式中：

Q是泄漏量；d是滑阀阀芯的直径；δ是滑阀阀芯与阀套的间隙，δ＝(D-d)/2， 其中D为环形间隙的外径；ΔP是最大刹车压力与最小刹车压力之差，单位为kg/Cm²； L是滑阀阀芯与阀套之间间隙的轴向密封长度；μ是航空液压油的绝对粘度，kgs/Cm²， μ＝ρ_tυ_t，ρ_t是在t℃温度下航空液压油的密度，单位为温gs/Cm²；ρ₂₀是室温条件下 的密度；υ_t是t℃温度下航空液压油的运动粘度，单位为Cm²/s；

当阀芯与阀套不同心时，内漏量是同心条件的2.5倍，在滑阀设计和分析中按2.5 倍的内漏量进行控制。

根据(1)式分析可知，在制动阀的使用寿命期内影响内漏的因素有：

Ⅰ滑阀的阀芯与阀套之间环形间隙宽度δ；

Ⅱ最大刹车压力与最小刹车压力之差ΔP；，

Ⅲ环形间隙的内径d；

制动阀设计时，根据(1)式确定滑阀的阀芯与阀套之间环形间隙宽度δ。

步骤3，根据规定的脚蹬操纵力确定阀芯直径：

在确定所述阀芯直径时，取不同的阀芯直径进行迭代计算，最终确定满足操纵力 的阀芯直径。

步骤4，确定阀芯与阀套之间环形间隙的宽度δ：

阀芯与阀套之间环形间隙的宽度δ影响制动阀内漏量。

确定阀芯与阀套之间环形间隙的宽度δ的过程是：

第一步，确定阀芯与阀套之间环形间隙δ的起始尺寸

在确定由阀芯与阀套之间环形间隙的宽度δ产生的内部漏油量时，以阀芯与阀套 之间环形间隙的宽度δ＝0.0005cm为起始点测试内部漏油量，当阀芯与阀套之间环形 间隙的宽度δ＝0.0005cm满足内部漏油量小于0.6ml/min的要求时，本测试点的测试 结束。当阀芯与阀套之间环形间隙的宽度δ＝0.0005cm内部漏油量大于0.6ml/min时， 增加新的测试点进行计算，递减阀芯与阀套之间环形间隙的宽度δ的尺寸继续测试， 递减步长为0.00002Cm。按此递减方法迭代计算阀芯与阀套之间环形间隙宽度δ所产 生的内部漏油量，直至阀芯与阀套之间环形间隙δ所产生的内部漏油量小于 0.6ml/min，测试结束。新增加的测试点数量取决于阀芯与阀套之间的环形间隙δ是否 满足内漏量要求。

第二步，确定减小阀芯与阀套之间环形间隙δ进行迭代计算的步长

当需要重新计算滑阀的配套间隙时，减小配套间隙的步长为0.00002cm；

第三步，计算由阀芯与阀套之间的环形间隙δ产生的内部漏油量

在确定由阀芯与阀套之间的环形间隙δ产生的内部漏油量时，以阀芯与阀套之间 环形间隙的宽度δ＝0.0005cm为起始点，采用迭代计算的方法逐步确定由间隙所产生 的内部漏油量。

具体过程是：

通过公式(1)确定泄漏量

$Q=\frac{\mathrm{\pi d}{\delta }^3\mathrm{\Delta P}}{12\mathrm{\mu L}}---\left(1\right)$

当泄漏量小于规定的0.6Cm³/min时，制动阀就能满足步骤1的设计要求，发挥正 常功能。

当泄漏量大于规定的0.6Cm³/min时，使用中会出现故障，飞机在着陆过程中刹不 住车，飞机在停机位上会自行滑出，达不到步骤1的设计要求，应继续第四步进行步 进计算。

第四步，减小阀芯与阀套之间的环形间隙δ，迭代计算内漏量

通过迭代计算方法确定能够满足内漏量小于0.6Cm³/min的阀芯与阀套之间的间隙 δ。所述迭代计算中，递减步长为0.00002Cm。通过确定所述内部漏油量以确定阀芯 与阀套之间的间隙。

第一次递减后滑阀的配套间隙为0.00048Cm。

通过公式(1)得到当配套间隙为0.00048Cm时的内漏量为：

阀芯和阀套同心条件下的内部漏油量为Q_同心＝13.045Cm³/min；阀芯和阀套不同心 条件下的内部漏油量为Q_不同心＝2.5×13.045Cm³/min＝32.6125Cm³/min；

计算结果内漏量大于规定的0.6Cm³/min，影响制动阀步骤1确定的功能，使用中 会出现内漏故障，危及飞机安全，需要继续递减阀芯与阀套之间的间隙δ，递减的步 长为0.00002Cm，按照本发明步骤4中第三步的计算过程迭代计算阀芯与阀套之间环 形间隙δ产生的内漏量，直至阀芯与阀套之间环形间隙δ所产生的内部漏油量小于 0.6ml/min，此时阀芯与阀套之间的环形间隙δ满足内漏控制的设计要求，迭代计算结 束。

具体过程是：按照本发明所述以步长为0.00002Cm减小阀芯与阀套之间的环形间 隙δ，根据减小的阀芯与阀套之间的环形间隙δ，采用公式(1)迭代计算制动阀的内 漏量，若内漏量小于0.6ml/min，迭代计算结束，并以此阀芯与阀套之间的环形间隙 δ作为设计参数；若内漏量大于0.6ml/min，则继续进行迭代计算。

当阀芯与阀套之间的环形间隙δ递减到0.00012Cm时，内漏量的计算结果为：

阀芯和阀套同心条件下的内部漏油量为：Q_同心＝0.1891Cm³/min；

阀芯和阀套不同心条件下的内部漏油量为：

Q_不同心＝2.5×0.1891Cm³/min＝0.4728Cm³/min；

计算结果小于合同规定的内部漏油量限制数值，确定了阀芯与阀套之间的环形间 隙δ为0.00012Cm，达到了计算目的，计算结束。为了保证内漏量小于规定值，确定 阀芯与阀套之间环形间隙δ的制造范围为：0.0001Cm～0.00012Cm。

该状态下得到的阀芯与阀套之间的间隙为环形间隙δ。

在步骤3中通过迭代计算根据规定的脚蹬操纵力确定阀芯直径时，阀芯的起始直 径为1cm。若所述直径为1cm的阀芯产生的操纵力大于110kg，由于阀芯与阀套之间的 摩擦力、阀芯与密封胶圈之间的摩擦力、复位弹簧的力都是固定的，因此采用步进方 法逐步减小阀芯的直径，减小的步长为0.01cm，且步长越小，计算精度越高。

所述迭代计算的具体过程是：

第一步，计算阀芯直径为1Cm时的最大操纵力，计算过程为：

根据刹车过程中的力平衡关系，建立操纵力和刹车压力的平衡方程：

$N_{\max }=P_{s\max }\frac{\pi d^2}{4}+G+T_1+T_2---\left(2\right)$

式(2)中：

N_max：驾驶员给制动阀的最大操纵力。P_smax为最大刹车压力。G：阀芯复位弹簧的预 紧力。T₁：阀芯与阀套之间的摩擦力。T₂：阀芯与密封胶圈之间的摩擦力。d：是阀芯 直径。其中：

$T_1=k\frac{\mathrm{\Delta P}}{2}\mathrm{Ld}---\left(3\right)$

式中：k：阀芯与阀套之间的摩擦系数；ΔP：阀芯高压端与回油端之间的压力差。 L：阀芯与阀套接触部分的长度；

T₂＝ω(P+P₀)f₁   (4)

式(4)中：ω是密封圈与阀芯接触面积，单位为Cm²；

ω＝πD_Ae   (5)

式(5)中：D_A是密封直径；e是阀芯与密封圈的接触宽度；

P和P₀分别为密封圈的工作压力和初始压力，单位为kg/Cm²；

分别将：驾驶员给制动阀的操纵力Psmax、阀芯复位弹簧的预紧力G、阀芯与阀套 之间的摩擦力T₁、阀芯与密封胶圈之间的摩擦力T₂带入公式(2)中，若驾驶员给制 动阀的操纵力大于规定的110kg，不满足设计要求，进行下一步迭代计算。

第二步，通过步进方法逐步减小阀芯的直径。

将阀芯直径以0.01cm的步长减小阀芯的直径，重复权利要求3第一步的计算过程， 若得到的驾驶员给制动阀的操纵力小于110kg，阀芯直径就满足操纵力小于110kg的 设计要求，计算结束，将此阀芯直径作为图纸尺寸；若得到的驾驶员给制动阀的操纵 力依然大于110kg，阀芯直径就不满足操纵力小于110kg要求，继续以0.01cm的步长 减小阀芯的直径，并重复权利要求3第一步的计算过程，直至得到驾驶员给制动阀的 操纵力小于110kg，以满足驾驶员给制动阀的操纵力小于110kg为条件确定阀芯直径， 并将此阀芯直径作为设计图纸要求。

本发明所述飞机刹车系统产品制动阀是典型的弹簧质量系统，用于将210kg/Cm²的油源压力转换为140kg/Cm²的刹车压力。工作原理是：刹车时驾驶员脚踩脚蹬，压 缩减压弹簧，弹簧力压下阀芯，打开进油腔，使210kg/Cm²的压力油一部分进入刹车 腔，从刹车腔通向刹车机轮。另一部分通过阀芯内部的通油孔进入感压腔，作用在阀 芯底部，当阀芯底部的感压压力和弹簧力达到平衡状态时，阀芯移动关闭进油腔。

制动阀由弹簧组件、滑阀组件、套筒组件、壳体等组成，在装配调试过程中，弹 簧组件的弹力调整到使刹车阀输出压力为140kg/Cm²；弹簧组件的弹簧座一端与端盖接 触，端盖安装在套筒上，驾驶员脚蹬机构作用在套筒的端盖上；弹簧组件的底座与阀 芯同轴接触，在驾驶员脚蹬力作用下，通过弹簧组件使阀芯移动。滑阀组件由阀芯和 阀套同心配合组成，配合时按规定的精密配套间隙研磨。

本发明中，根据规定的脚蹬操纵力确定阀芯直径，并根据内漏控制要求确定阀芯 与阀套之间的配合间隙；

根据计算、使用和试验数据分析，制动阀的内漏指由于阀芯和阀套之间的环形间 隙δ在工作中磨损变大，使刹车腔的压力油通过滑阀间隙漏到回油腔，引起刹车压力 下降不合格的故障。

在设计和试制过程中控制阀芯与阀套之间环形间隙的宽度δ，就可以将内漏量控 制在规定范围内，从而在结构设计上保证制动阀的功能正常。

在研制过程中采用本发明技术进行制动阀的阀芯与阀套之间环形间隙的宽度δ设 计，根据设计结果制造阀芯与阀套，取得了下列效果：

1)针对内漏故障进行的计算过程，确定了制动阀阀芯与阀套之间的环形间隙δ， 该阀芯与阀套之间的环形间隙δ用于保证阀芯在阀套中间相对线性运动的过程中，在 结构设计上将内漏量控制在规定范围内，保证制动阀阀芯与阀套的配合间隙不发生内 漏故障。

2)根据制动阀的操纵力计算得到了该制动阀阀芯的直径，该阀芯直径和制动阀的 内漏量成正比，在满足性能要求调试要求的条件下，计算并控制阀芯直径，具有控制 内漏故障的作用。

具体实施方式

为控制飞机制动阀的内漏量，本实施例提出了一种飞机制动阀阀芯与阀套配合间 隙的设计方法，所述的飞机制动阀阀芯与阀套配合间隙为环形间隙。具体过程是：

步骤1，根据制动阀的功能确定故障判据。

所述制动阀的故障判据是：在输入210kg/Cm²压力的条件下，能够输出0kg/Cm²～ 140kg/Cm²的着陆刹车压力；在地面滑行过程中输出30kg/Cm²的地面转弯差动刹车压 力；在连续24h将飞机停在停机位的条件下，地面停机刹车压力不小于70kg/Cm²，即 具备连续24h的保压功能。上述任何一种不符合设计要求均为发生故障。上述故障均 由内漏引起，根据故障判据进行阀芯与阀套的配合间隙设计。

所述制动阀内漏故障使着陆刹车压力、地面转弯差动刹车压力和地面停机刹车压 力下降超出规定范围，使刹车系统的着陆防滑刹车压力功能、地面转弯差动刹车功能、 停机刹车功能下降，达不到设计要求。

为了保证制动阀的上述各项功能，设计要求内漏量不大于0.6Cm³/min。

由于每一种飞机刹车系统对刹车压力的大小需求都不相同，对保压功能要求也不 相同，因此内漏量不大于0.6Cm³/min仅适用于本实施例，内漏量不大于0.6Cm³/min 的要求由飞机设计单位提出，并作为研制技术协议的条款。当内漏量小于0.6Cm³/min 时满足本步骤规定的刹车系统功能要求，当内漏量大于0.6Cm³/min时不满足本步骤规 定的刹车系统的功能要求。

对于其他型号飞机的刹车系统，内漏量的计算方法与本发明相同，但应根据研制 技术协议对内漏量的限制要求，确定阀芯与阀套之间环形间隙的宽度δ。

所述制动阀的压力下降故障均由内漏引起，因此需确定引起内漏的因素，通过控 制这些因素消除内漏故障。

步骤2，确定产生内漏的因素

根据式(1)确定产生内漏的因素

$Q=\frac{\mathrm{\pi d}{\delta }^3\mathrm{\Delta P}}{12\mathrm{\mu L}}$

式中：

Q：内漏量；

d：滑阀阀芯的直径；

δ：滑阀阀芯与阀套之间的环形间隙；δ＝(D-d)/2，D为环形间隙的外径；

ΔP：最大刹车压力与最小刹车压力之差，单位：kg/Cm²；

L：滑阀阀芯与阀套之间环形间隙的轴向密封长度；

μ：航空液压油的绝对粘度，kgs/Cm²，μ＝ρ_tυ_t，ρ_t是在t℃温度下航空液压油 的密度，单位是kgs/Cm²；

ρ₂₀是室温条件下的密度，本实施例中，所述ρ₂₀是20℃时航空液压油的密度； ρ₂₀＝0.85×10^-6kgs/Cm²；

υ_t是t℃温度下航空液压油的运动粘度，单位为Cm²/s，υ₂₀＝0.2Cm²/s。所述υ ₂₀是20℃下航空液压油的运动粘度。

当阀芯与阀套不同心时，内漏量是同心条件的2.5倍，在滑阀设计和分析中按2.5 倍的内漏量进行控制。

根据(1)式分析可知，在9000起落使用寿命期内影响内漏的因素有：

1)滑阀的阀芯与阀套之间环形间隙宽度δ；

2)最大刹车压力与最小刹车压力之差ΔP；，

3)环形间隙的内径d；

制动阀设计时，根据(1)式确定滑阀的阀芯与阀套之间环形间隙宽度δ。

所述制动阀内漏故障影响包括对着陆刹车压力、地面转弯差动刹车压力和地面停 机刹车压力的影响。

步骤3，根据规定的脚蹬操纵力确定阀芯直径

根据研制协议规定，飞机刹车阀的最大操纵力小于等于110kg，在最大操纵力条 件下阀芯的最大行程为1.25cm。在刹车过程中，该操纵力作用在刹车阀套筒上，在最 大行程条件下的最大刹车压力为140kg/Cm²。

在确定所述阀芯直径时，取不同的阀芯直径进行迭代计算，最终确定满足操纵力 的阀芯直径。

迭代计算采用步进的方法进行，阀芯的起始直径为1cm，直径为1cm常用的阀芯 直径。若所述直径为1cm的阀芯产生的操纵力大于110kg，由于阀芯与阀套之间的摩 擦力、阀芯与密封胶圈之间的摩擦力、复位弹簧的力都是固定的，因此采用步进方法 逐步减小阀芯的直径，减小的步长为0.01cm，且步长越小，计算精度越高。具体过程 是：

第一步，计算阀芯直径为1Cm时的最大操纵力，计算过程为：

根据刹车过程中的力平衡关系，建立操纵力和刹车压力的平衡方程：

$N_{\max }=P_{s\max }\frac{\pi d^2}{4}+G+T_1+T_2---\left(2\right)$

式(2)中：

N_max：最大操纵力。P_smax为最大刹车压力，P_smax＝140kg/Cm²。G：阀芯复位弹簧的预 紧力，设计值为4.9kg。T₁：阀芯与阀套之间的摩擦力。T₂：阀芯与密封胶圈之间的摩 擦力。d：是阀芯直径。其中：

$T_1=k\frac{\mathrm{\Delta P}}{2}\mathrm{Ld}---\left(3\right)$

式中：k：阀芯与阀套之间的摩擦系数，在航空液压油中的实测值为：0.05；

ΔP：阀芯高压端与回油端之间的压力差，210kg/Cm²。

L：阀芯与阀套接触部分的长度，在本实施例中，L由2段组成，上段长度为0.2Cm， 下段长度为0.7Cm，接触总长为0.9Cm；上段与下段之间1Cm的长度范围内加工为与 阀芯内接的正方形截面，用于和回油接管嘴相通。阀芯的各段长度根据设计要求确定。

将上述数据代入(3)式，得到T₁＝4.725kg

T₂＝ω(P+P₀)f₁   (4)

式(4)中：

ω：密封圈与阀芯接触面积，单位：Cm²；

ω＝πD_Ae   (5)

式(5)中：

D_A：密封直径，D_A＝1Cm；

e：阀芯与密封圈的接触宽度，为了保证密封，胶圈设计时有压缩量要求，阀芯压 缩胶圈后形成环带形状的接触形式，具有接触宽度，经实测，所述圆形截面密封圈的 接触宽度为0.1125cm：

将上述数据带入(5)式得：ω＝π×1×0.1125＝0.3534Cm²；

P、P₀分别为密封圈的工作压力和初始压力，单位：kg/Cm²；密封部位在回油腔 与大气之间，因此，P＝0；实测密封圈的邵氏硬度为70时的压力为13.5kg/Cm²；

f₁：在航空液压油中工作的密封胶圈和阀芯的摩擦系数，实测为0.08；

将上述数据带入(4)式，得到T₂＝0.381713.5kg/Cm²；

分别将：Psmax、G、T₁、T₂带入(2)式得：Nmax＝119.9kg，大于规定的110kg， 不满足设计要求，进行下一步迭代计算。

第二步，通过步进方法逐步减小阀芯的直径。

通过本发明公式(2)计算阀芯直径是一个迭代过程，若第一次计算若不满足操纵 力要求，就要进入迭代计算过程。迭代计算采用步进方法减小阀芯直径，由于操纵力 对阀芯直径的大小敏感，因此阀芯直径在制造中精度控制严格。为了保证操纵力要求， 本发明采用步进方法减小阀芯直径时，采用的步长为0.01cm，第二次计算的阀芯直径 数值为0.99Cm，第三次计算的阀芯直径为0.98Cm，一直进行迭代计算，直至满足操纵 力小于110kg的要求。

具体是：

将阀芯直径降至0.99Cm，重复进步骤3中第一步的计算过程。根据刹车过程中的 力平衡关系，建立操纵力和刹车压力的平衡方程：

$N_{\max }=P_{s\max }\frac{\pi d^2}{4}+G+T_1+T_2---\left(2\right)$

式(2)中：

N_max：最大操纵力。P_smax为最大刹车压力，P_smax＝140kg/Cm²。G：阀芯复位弹簧的预 紧力，设计值为4.9kg。T₁：阀芯与阀套之间的摩擦力。T₂：阀芯与密封胶圈之间的摩 擦力。d：是阀芯直径。

通过公式(3)得到阀芯与阀套之间的摩擦力T₁，T₁＝0.05×210/2×0.9× 0.99＝4.6778kg/Cm²；

通过公式(4)得到阀芯与密封胶圈之间的摩擦力T₂，T₂＝0.3497×13.5× 0.08＝0.3777kg/Cm²；

通过公式(5)得到密封圈与阀芯接触面积ω，ω＝π×0.99×0.1125＝0.3497Cm²；

将得到的阀芯与阀套之间的摩擦力T₁、阀芯与密封胶圈之间的摩擦力T₂和密封圈 与阀芯接触面积ω分别带入(2)式得：

Nmax＝117.7kg，依然不满足要求；继续进行迭代计算，迭代计算减小阀芯的直径 的步长为0.01Cm。

当采用步进的方法逐次减小阀芯直径，迭代计算计算到阀芯直径d＝0.95cm时，最 大操纵力Nmax＝109kg，满足小于110kg的技术要求，确定阀芯直径为0.95cm。

步骤4，确定阀芯与阀套之间环形间隙的宽度δ

阀芯与阀套之间环形间隙的宽度δ影响制动阀内漏量。

根据设计要求，内漏量不大于0.6ml/min；当内漏量大于0.6ml/min时，制动阀 就不具备步骤1规定的各种功能，发生故障。

根据计算、使用和试验数据分析，制动阀的内漏指由于工作中阀芯和阀套之间发 生摩擦，摩擦使阀芯和阀套之间的环形间隙δ变大，阀芯和阀套是滑阀组件的组成部 分，使刹车腔的压力油通过滑阀间隙漏到回油腔，引起刹车压力下降不合格的故障。 根据公式(1)：

$Q=\frac{\mathrm{\pi d}{\delta }^3\mathrm{\Delta P}}{12\mathrm{\mu L}}$

和内漏相关的因素为：

d：阀芯的直径，也是阀芯与阀套之间的环形间隙的内径；

δ：阀芯与阀套之间环形间隙的宽度；δ＝(D-d)/2，D为阀芯与阀套之间环形 间隙的外径；

L：阀芯与阀套之间环形间隙沿液流方向的长度；

μ：航空液压油的绝对粘度，kgs/Cm²，μ＝ρ_tυ_t，

式中：ρ_t是t℃温度下航空液压油的密度，单位为kgs/Cm²；室温条件下的密度 ρ₂₀＝0.85×10^-6kgs/Cm²

υ_t是t℃温度下航空液压油的运动粘度，Cm²/s，υ₂₀＝0.2Cm²/s；

制动阀在进行控制内漏的设计时，根据(1)式确定阀芯与阀套之间的环形间隙δ， 在确定制造图纸时，提出圆柱度要求，避免阀芯与阀套不同心引起的内漏量加大，《新 编液压工程手册》第33页给出不同心的内漏量是同心的2.5倍，由于本发明的制动阀 在飞机上水平安装，在重力作用下阀芯自然下沉，会出现不同心状态，因此在计算制 动阀的最大内漏量时，按2.5倍的同心内漏量计算。

通过下列步骤代计算，计算过程中步进减小阀芯与阀套之间环形间隙的宽度δ

第一步，确定阀芯与阀套之间环形间隙δ的起始尺寸

本实施例中，阀芯与阀套配套之间环形间隙的起始尺寸δ采用液压产品中通常使 用的0.0005cm的配套间隙；当0.0005cm的配套间隙满足内漏控制要求时，迭代计算 结束，计算结果作为制造滑阀的依据；当0.0005cm的配套间隙不满足内漏控制要求时， 本次计算结束，减小配套间隙重新进行迭代计算，迭代计算进行到制动阀的内漏量满 足控制要求为止。

第二步，确定减小阀芯与阀套之间环形间隙δ进行迭代计算的步长

当需要重新计算滑阀的配套间隙时，减小配套间隙的步长为0.00002cm，并且步 长越小数据越精确；若在计算过程中出现步长不满足内漏量控制要求的情况，减小步 长重新计算。

第三步，计算由阀芯与阀套之间的环形间隙δ产生的内部漏油量

在确定由阀芯与阀套之间的环形间隙δ产生的内部漏油量时，以阀芯与阀套之间 环形间隙的宽度δ＝0.0005cm为起始点测试内部漏油量，当阀芯与阀套之间环形间隙 的宽度δ＝0.0005cm满足内部漏油量小于0.6ml/min的要求时，本测试点的测试结束。 在阀芯与阀套之间环形间隙的宽度δ＝0.0005cm的条件下，阀芯与阀套之间的环形间 隙δ所产生的内部漏油量大于0.6ml/min时，增加新的测试点进行计算，递减阀芯与 阀套之间环形间隙的宽度δ的尺寸继续测试，递减步长为0.00002Cm。按此递减方法 迭代计算阀芯与阀套之间环形间隙δ所产生的内部漏油量，直至阀芯与阀套之间环形 间隙δ所产生的内部漏油量小于0.6ml/min，测试结束。新增加的测试点数量取决于 阀芯与阀套之间的环形间隙δ是否满足内漏量要求。具体过程是：

通过公式(1)确定内漏量

$Q=\frac{\mathrm{\pi d}{\delta }^3\mathrm{\Delta P}}{12\mathrm{\mu L}}---\left(1\right)$

本实施例中，将各参数带入所述公式(1)中，

$\left(\begin{array}{c}Q=\frac{\mathrm{\pi d}{\delta }^3\mathrm{\Delta P}}{12\mathrm{\mu L}}=\frac{\mathrm{\pi d}{\delta }^3\mathrm{\Delta P}}{12v_{20}{p}_{20}{L}_1}+\frac{\mathrm{\pi d}{\delta }^3\mathrm{\Delta P}}{12v_{20}{p}_{20}{L}_2}\\ =\frac{\pi 0.95{(5\times {10}^{-4})}^3\times 210}{12\times 0.2\times 0.85\times 0.7}+\frac{\pi 0.95{(5\times {10}^{-4})}^3\times 210}{12\times 0.2\times 0.85\times 0.2}\\ =5.4622\times {10}^{-2}+19.1176\times {10}^{-2}=24.5798\times {10}^{-2}C{m}^3/s\\ =1474.79\times {10}^{-2}C{m}^3/\min =14.75C{m}^3/\min \end{array}\right)---\left(1\right)$

为了方便后续计算，计算过程中将每秒钟的内漏量转换为每分钟的内漏量，即将 24.5798×10^-2Cm³/s转换为14.75Cm³/min，在数据上的不同是由于量纲转换引起的。 在使用中出现阀芯与阀套不同心的情况时，即Q_不同心时，内漏量是阀芯与阀套同心条件 的2.5倍，Q_不同心＝2.5×14.75Cm³/min＝36.875Cm³/min；

计算结果内漏量大于规定的0.6Cm³/min，影响本发明步骤1确定的刹车系统功能。 设计要求内漏量不大于0.6Cm³/min。

由于每一种飞机刹车系统对刹车压力的大小需求都不相同，对保压功能要求也不 相同，因此内漏量不大于0.6Cm³/min仅适用于本实施例，内漏量不大于0.6Cm³/min 的要求由飞机设计单位提出，并作为研制技术协议的条款。当内漏量小于0.6Cm³/min 时满足本步骤规定的刹车系统功能要求，当内漏量大于0.6Cm³/min时不满足本步骤规 定的刹车系统的功能要求。当内漏量小于0.6Cm³/min时，刹车系统能够达到规定的刹 车压力设计要求。

对于其他型号飞机的刹车系统，内漏量的计算方法与本发明相同，但应根据研制 技术协议对内漏量的限制要求，确定阀芯与阀套之间环形间隙的宽度δ。步骤1是制 动阀的内漏故障判据，根据故障判据提出内漏排故需求。使用中会出现内漏引起的压 力下降故障，继续进行减小阀芯与阀套之间环形间隙宽度δ的步进计算。

第四步，减小阀芯与阀套之间的环形间隙δ，迭代计算内漏量

本步骤是根据本发明所述公式(1)，通过迭代计算确定能够满足制动阀的内漏量 小于0.6Cm³/min的阀芯与阀套之间的环形间隙δ。所述迭代计算中，递减步长为 0.00002Cm。通过确定所述内部漏油量以确定阀芯与阀套之间的间隙。

第一次递减后阀芯与阀套之间的环形间隙δ为0.00048Cm。

通过公式(1)计算得到当阀芯与阀套之间的环形间隙δ为0.00048Cm时的内漏量 为：

阀芯和阀套同心条件下的内部漏油量为Q_同心＝13.045Cm³/min；阀芯和阀套不同心 条件下的内部漏油量为Q_不同心＝2.5×13.045Cm³/min＝32.6125Cm³/min；

计算结果内漏量大于规定的0.6Cm³/min，影响制动阀步骤1确定的功能，使用中 会出现内漏故障，危及飞机安全，需要继续递减阀芯与阀套之间的间隙δ，递减的步 长为0.00002Cm，按照本实施例步骤4中第三步的计算过程迭代计算阀芯与阀套之间 环形间隙δ产生的内漏量，直至阀芯与阀套之间环形间隙δ所产生的内部漏油量小于 0.6ml/min，此时阀芯与阀套之间的间隙δ满足内漏控制的设计要求，迭代计算结束。

具体过程是：按照本发明所述以步长为0.00002Cm减小阀芯与阀套之间的环形间 隙δ，根据减小的阀芯与阀套之间的环形间隙δ，采用公式(1)迭代计算制动阀的内 漏量，若内漏量小于0.6ml/min，迭代计算结束，并以此阀芯与阀套之间的环形间隙 δ作为设计参数；若内漏量大于0.6ml/min，则继续进行迭代计算。

当阀芯与阀套之间的环形间隙δ递减到0.00012Cm时，内漏量的计算结果为：

1)阀芯和阀套同心条件下的内部漏油量为：Q_同心＝0.1891Cm³/min；

2)阀芯和阀套不同心条件下的内部漏油量为：

Q_不同心＝2.5×0.1891Cm³/min＝0.4728Cm³/min；

计算结果小于合同规定的内部漏油量限制数值，符合设计要求，计算结束，该状 态下得到的阀芯与阀套之间的环形间隙δ为0.00012Cm。为了保证内漏量小于规定值， 确定阀芯与阀套之间的环形间隙δ的制造范围为：0.0001Cm～0.00012Cm。

至此，本实施例中完成了制动阀阀芯与阀套之间环形间隙δ的设计过程，通过设 计得到的数据见表1。

表1控制制动阀内漏故障的阀芯与阀套之间环形间隙δ的设计数据

设计参数名称 阀芯直径 阀芯与阀套之间的间隙 设计参数范围 φ9.5 0.0001Cm～0.00012Cm