某型教練機發動機操縱系統油門桿操縱力偏大問題分析

劉詠梅

（洪都航空工業集團,南昌330024）

0 引言

某型教練機發動機操縱系統技術條件規定，油門桿從“停車”到“慢車”（或相反）的操縱力不大于13kg，與改裝前的飛機相同。但該型教練機在廠內交付驗收時，驗收方發現發動機操縱系統油門桿操縱時普遍偏緊，油門桿從停車位推向慢車位時操縱力偏大，實測發現大部分飛機操縱力均超過了規定值要求。為此，需要對該問題進行研究分析，以查明問題原因，研究制定相應的解決措施。

1 某型教練機油門操縱結構及技術要求

1.1 油門操縱結構

某型教練機是在某型飛機上進行改裝的，兩型飛機的發動機操縱系統在座艙、機背前的布置分別如圖1、圖2所示。從圖1、圖2可以看出，與改裝前的某型飛機相比，某型教練機前后座艙之間、機背前發動機操縱系統的不同之處有：

1）增裝了1套后艙左右油門桿；

2）增裝了1個支座、4根拉桿、以及8處拉桿與搖臂接合處。

在不考慮制造、裝配誤差時，增裝的8處拉桿與搖臂接合處采用球軸承或球狀活動關節的連接形式，對系統的操縱力影響較小。

增裝的后艙油門桿的結構形式同前艙油門桿，為防止油門桿由于飛機振動發生危險位移，其油門桿本身須有一定的摩擦力要求[1]，即不連接拉桿時操縱力為（2±0.5） kg。

除上述新增操縱系統構件，以及新增操縱系統構件后為適應發動機操縱要求少量調整座艙前的支座搖臂外，從機背后到發動機艙的發動機操縱系統的結構形式、搖臂與拉桿的接合形式保持不變。

1.2 油門操縱力技術要求

某型教練機的油門操縱力設計允許值與改裝前的某型飛機相同。在任何情況下，油門操縱手柄均為操縱力的作用點，操縱力的方向沿油門操縱手柄推拉圓弧的切線方向，操縱力大小規定為：

1） 未連接拉桿系統時為（2±0.5） kg；

2）連接拉桿系統后，左、右油門操縱手柄同時進行操縱時：

（1） “停車”到“慢車”（或相反），不大于 13 kg；

（2）“慢車”到“額定”（或相反）：不大于 12 kg。

圖1 改裝前的某型飛機發動機操縱系統示意（座艙段、機背前）

圖2 某型教練機發動機操縱系統示意（座艙段、機背前）

2 油門桿操縱力分析

2.1 某型教練機機背前停車位置傳動關系分析

為分析某型教練機機背前停車位置傳動關系，先以改裝前的某型飛機座艙油門桿支座為例說明操縱系統作用力的傳動關系，如圖1所示。

當左發動機在停車位時，已知桿1有效臂長為L1=175 mm，桿2有效臂長為L2=47.516 mm；假設:垂直作用在左發油門桿上的力F1=1 kg；依據同一支座上力矩相等原則， 即 F1·L1=F2·L2；可知：F2=F1·L1/L2=4.11 kg，即桿2力為4.11 kg。依此類推，可得其它各桿上的作用力及傳動關系（表1）。

表1 改裝前的某型飛機機背前停車位置傳動關系

同樣可以得出某型教練機機背前停車位置傳動關系（表2）。

表2 某型教練機機背前停車位置傳動關系

2.2 傳動關系變化對操縱力的影響

當作用在改裝前的某型飛機油門桿操縱力為13kg時，在不考慮油門桿本身摩擦力的情況下，在停車位置分別推左、右發油門桿的操縱力為5.25 kg（（13-2.5）/2=5.25 kg），通過表 1中改裝前的某型飛機左、右發傳動關系可知，左發桿6的力為18.113kg、右發桿6的力為15.49 kg。

某型教練機出座艙到飛機機背后的第一根拉桿為桿7。當某型教練機左發桿7的力為18.113 kg、右發桿7的力為15.49 kg時，通過表2中某型教練機左、右發傳動關系可知，左發油門桿操縱力為5.51kg、右發油門桿操縱力為4.73 kg，共約10.3 kg。

因此在不考慮后艙油門桿及桿8時，作用在前艙油門桿的力為 12.8 kg（10.3+2.5=12.8kg）。

2.3 后艙油門桿對操縱力的影響

前、后艙油門桿之間的傳動關系見表3。

表3 某型教練機前后艙油門桿停車位置傳動關系

當作用在后艙油門桿的操縱力為2.5 kg時，通過上述傳動關系計算可知，前艙左發操縱桿力為1.2kg、右發為 1.1 kg，共計 2.3 kg。

2.4 某型教練機油門桿操縱力計算結果

不考慮新增操縱構件的摩擦力以及制造、裝配誤差對操縱力的影響，某型教練機發動機操縱系統操縱力為 15.1kg（12.8+2.3=15.1kg）。

2.5 試驗驗證情況

為驗證某型教練機新增操縱構件對油門桿操縱力的影響，對廠內10架某型教練機進行了油門操縱力測量，結果如表4、表5、表6所示。

表4 發動機操縱系統完好狀態下的操縱力

表5 斷開后艙油門桿的操縱力

表6 增裝后艙油門桿對操縱力的影響

從測量結果可知，除4#機、6#機外，其余8架飛機在發動機操縱系統完好的狀態下，油門桿從停車推到慢車位置的操縱力均大于13kg，不滿足現行技術條件的規定。但油門桿從慢車推到額定位置的操縱力滿足不大于12kg的要求。

在斷開后艙油門桿的狀態下測量前艙油門桿操縱力，大部分飛機的油門桿從停車位置推到慢車位置操縱力均滿足不大于13kg的要求。

對比兩種狀態下的測量結果發現:增裝后艙油門桿后，油門操縱力實際增大為0.5kg～3.2kg，因此證實了新增操縱構件對某型教練機油門桿操縱力確實存在一定影響。

2.6 操縱力統計分析

圖3 油門桿操縱力增量正態分布

由樣本值(表6中停車至慢車區域雙發操縱力增量)計算得：

基于給定樣本的總體方差

故μ的置信水平為0.8時的置信區間為：

即：某型教練機新增操縱構件后，在置信水平為80%時，操縱力增量最大為2.57 kg（圓整為2.5kg），因此，前艙操縱力為 15.5 kg（13+2.5=15.5 kg）。

通過上述操縱力傳動關系分析計算，某型教練機前艙操縱力為15.1kg（未考慮摩擦力以及制造、裝配誤差對操縱力的影響）；同時通過試驗驗證及對試驗數據統計分析，前艙操縱力為15.5kg。所以，在計入摩擦力以及制造、裝配誤差對操縱力的影響后，同時操縱左右發動機油門桿從停車推到慢車位置的操縱力應為15.5kg。

3 油門桿操縱力偏大問題影響分析

因新增操縱構件導致油門桿操縱力增加后，對飛機使用是否有影響需進行危害性分析。

由于目前狀態下，僅是在同時操縱左右油門桿從停車位推到慢車位時，油門桿操縱力偏大；而從慢車位置以后，油門桿操縱力均滿足技術條件的規定。因此需從空中、地面的使用情況來分析油門操縱力的增大對起動發動機的影響。

3.1 空中起動發動機

如出現單臺發動機空中停車的應急情況，從表4的測量結果可看出，僅操縱左發或右發時，油門桿從停車位置推到慢車位置的操縱力均小于10kg，因此不會對飛行員操作帶來影響。

如果出現兩臺發動機同時空中停車的極端情況，受蓄電瓶容量限制，也應對單臺發動機進行空中起動操作，因此目前同時操縱左右油門桿從停車位推到慢車位置時油門桿操縱力偏大的情況不會對飛機員的使用造成影響。

3.2 地面起動發動機

按某型教練機技術說明書的規定，地面需進行雙發起動操作，目前狀態下操縱力雖然超出技術條件規定的允許值，但經我廠地勤人員實際操作驗證，為可操作的狀態，不影響部隊地勤人員地面開車時的操作>。

因此，經分析某型教練機目前狀態下在操縱雙發起動、油門桿從停車位推到慢車位時，油門桿操縱力偏大的情況不會對飛機的正常使用造成影響。

4 結語

某型教練機發動機操縱系統增裝了后艙油門桿及相應的操縱系統構件，但操縱力沿用了某型單艙飛機規定，未考慮新增操縱構件（包含后艙油門桿）對油門桿操縱力的影響，因此，需重新規定某型教練機油門桿操縱力的設計允許值。

通過對空中和地面發動機起動的實際使用狀態進行分析，操縱雙發油門桿從停車位推到慢車位時操縱力的增大不會對飛機的正常使用產生影響。

因此，根據新增操縱機構后油門桿傳動關系對操縱力的影響分析與計算及實際測量的操縱力增量統計分析與計算，擬發出更改單更改技術條件，將左、右油門操縱手柄同時進行操縱時“停車”到“慢車”（或相反）的操縱力由不大于13kg改為不大于15.5kg。對實際操縱力大于15.5kg的飛機，需對發動機操縱系統進行調整。

[1]飛機設計手冊總編委會.飛機設計手冊.北京：航空工業出版社,2006.