某機型橫向操縱遲緩、駕駛桿跳躍問題的排除

袁 平

(洪都航空工業集團，南昌330024)

0 引 言

據用戶反映，某型教練機某架交付使用后，在首翻期內，左右壓桿操縱副翼時，飛機橫向運動遲緩，副翼操縱系統的跟隨性差，而且，駕駛桿在中立位置附近操縱時，駕駛桿在運動過程中有跳躍現象，飛機橫向難以操縱。

1 副翼操縱系統簡介

該型教練機的副翼操縱系統是不可逆液壓助力機械式操縱系統，由前、后艙駕駛桿及不可逆液壓助力器、調整片效應機構、載荷感覺器、搖臂、拉桿、支座等傳動桿系組成(圖1)。

2 故障分析

根據用戶反映的故障現象分析，這是兩個問題的復合反映。首先，在中立位置附近操縱駕駛桿時，駕駛桿在運動過程中有跳躍現象，說明系統在運動過程中有卡滯現象，即在系統中某個運動連接點的運動部位有銹蝕，使得系統運動不順暢，但銹蝕不太嚴重。再則，飛行員左右壓桿操縱副翼時，飛機橫向運動遲緩，副翼操縱系統跟隨性差，說明系統中存在較大的間隙、系統剛度變差或者助力器的性能變差。

3 故障判斷與查找

在現場通過操縱駕駛桿，感覺到系統有明顯的卡滯現象，尤其是駕駛桿在中立位置。其次，通過左右壓桿，明顯發現副翼舵面有滯后的現象。這就印證了我們的分析，該飛機的確存在兩個故障。

根據故障的特點以及故障檢查排除的難易程度，確定排故方案。即：先查找駕駛桿跳躍故障，再查找跟隨性差的故障。

圖1 副翼操縱系統

3.1 駕駛桿跳躍故障的分析判斷

首先，通電通壓，小范圍均勻地左右壓前后艙的駕駛桿。在向左和向右壓桿2°～3°時均感覺到駕駛桿有明顯停頓，然后稍微的加力，駕駛桿繼續運動，且運動順暢。再將液壓助力器的液壓開關關閉，再左右壓桿，感覺桿力加大，沒有停頓現象。由此分析，系統在通電通壓的情況下，左右壓桿時，載荷機構的彈簧力、系統的摩擦力和助力器的開啟力按一定的傳動比傳到駕駛桿上，在駕駛桿小范圍運動時，載荷機構的彈簧力FT很小，系統的摩擦力Fm和助力器的開啟力Fk也應該在規定的范圍之內，所以桿力非常小。此時，如果系統存在卡滯現象，卡滯力Fka（也就是軸承的摩擦力）相對載荷機構的彈簧力FT、系統的摩擦力Fm和助力器的開啟力FK之和而言相當或大于它，即Fka≥FT+Fm+FK。所以在左右壓桿時，感覺駕駛桿跳躍明顯。而關閉液壓助力器后，左右壓桿時，不僅要克服載荷機構的彈簧力FT、系統的摩擦力Fm，還要克服液壓助力器活塞桿與助力器外殼的摩擦力Fm，此摩擦力相當的大?？ka（也就是軸承的摩擦力）相對載荷機構的彈簧力FT、系統的摩擦力Fm和助力器的開啟力FK、液壓助力器活塞桿與助力器外殼的摩擦力FM之和而言相當或大于它，即Fka＜FT+Fm+FK+FM，所以在左右壓桿時，感覺駕駛桿跳躍不是很明顯。

當系統中有卡滯現象時，無非是在系統中活動關節部位的軸承銹蝕，或著是系統與其它系統有碰撞現象。但由于故障發生在駕駛桿中立位置附近，所以與其它系統有碰撞現象的情況一般不會產生。系統中有卡滯現象只能是系統中某個活動關節部位的軸承銹蝕所產生的。

另外，根據無回力液壓助力器的特點，液壓助力器輸出端的載荷不會傳到駕駛桿上。所以可以確定系統中有卡滯現象只能是在系統中液壓助力器輸入端的前段，也就是從前后艙駕駛桿開始一直到液壓助力器的輸入端，包括載荷機構和調效機構等部分。

3.2 駕駛桿跳躍故障的查找

通過上述分析判斷，即著手對故障進行查找。為了快速找到故障部位，對系統進行分段檢查，即按照前艙、后艙、載荷機構和調效機構部位和系統前段的桿系部分進行檢查。

首先，將助力器、載荷機構與系統斷開，左右壓桿，感覺在中立位置附近駕駛桿運動不順暢，有卡滯現象。

再把拉桿3與搖臂斷開，將前后艙系統分離，分別操縱駕駛桿，前艙的駕駛桿運動很流暢平緩，沒有卡滯，而后艙仍然有卡滯現象。說明故障在后艙駕駛桿到助力器之間。

緊接著，將拉桿4與系統斷開，操縱后艙駕駛桿，駕駛桿仍然有卡滯現象。這樣，就表明了故障產生在后艙中央操縱機構上。

將駕駛桿與后艙中央操縱機構分離，將中央操縱機構從座艙拆出分解，檢查發現中央支座中4個軸承900810的潤滑脂已經完全干澀，并且軸承的內外滾槽和滾珠有不同程度的銹蝕。

3.3 跟隨性差故障的分析判斷

從硬式操縱系統的特點分析，系統的跟隨性差主要是跟系統的剛度、系統的間隙和助力器的不靈敏區有關。

首先，系統的剛度問題。系統的剛度主要與拉桿、搖臂、支座以及機體的剛度有關，這些在飛機設計時已經考慮。飛機在使用一段時間后一般不會發生變化，所以不考慮系統的剛度問題。

其二，系統的間隙問題。系統的間隙主要是受各個連接部位的間隙的影響。主要有拉桿與搖臂之間的連接間隙、搖臂與支座之間的連接間隙、拉桿與拉桿之間的連接間隙、扭力管與搖臂之間的連接間隙以及系統中軸承的游隙。

拉桿與搖臂之間、搖臂與支座之間、拉桿與拉桿之間都是軸承、襯套和螺栓連接，它們的材料都為鋼材，不容易產生磨損和變形。

扭力管與搖臂之間是搖臂本體、扭力管本體和錐形螺栓連接，其中扭力管和錐形螺栓的材料都為鋼材，而搖臂的材料是鍛鋁LD5。兩種不同的材料連接，相對軟的一種材料就容易產生局部變形，這種連接部位應該作為重點檢查部位。

軸承的游隙在外場檢查比較困難，因此，此項檢查工作可以安排在排除了其它原因之后再進行。

最后，助力器的不靈敏區問題。按照成品協議，助力器的不靈敏區（在輸入端測量）為不超過0.3mm。產品在裝機前都經過了裝機前試驗，合格后方能裝機。裝機使用一段時間后，助力器的不靈敏區一般不會產生變化，即使會產生變化，在外場沒有辦法檢測，只有通過更換助力器來判別。而在之前，用戶已經更換過助力器，沒有解決問題。因此，助力器的不靈敏區的問題可不作為問題的主攻方向。

綜上所訴，本人決定將系統的間隙問題作為解決問題的關鍵，先查找間隙，如果沒有效果，再考慮軸承的游隙，最后再考慮系統的剛度問題。

該檢查工作只能在機上進行，但由于整個系統連接點多，工作量也較大，查找比較困難。只有按照助力器的特點，將系統分為兩段，即助力器的輸入端以前的部分為一段，助力器的輸出端為一段，分別進行檢查工作。

3.4 跟隨性差故障的查找

按照分析的結果，在飛機上進行系統間隙的檢查。先通電通壓，操縱駕駛桿，觀察副翼運動的情況。感覺在左右換向壓駕駛桿，駕駛桿小范圍運動時，副翼運動遲緩，當駕駛桿大范圍運動時，副翼運動正常。駕駛桿朝一個方向運動，副翼開始反應慢，隨后運動正常。這就證明系統中確實存在間隙，系統中有空行程。然后打開助力器口蓋，將助力器的輸入端固定，操縱駕駛桿，感覺空行程還存在，這就說明了故障出現在系統的前段，即在駕駛桿到助力器的輸入端的這一段范圍內。再打開副翼操縱系統前段各個安裝檢查口蓋，將助力器的輸入端固定，反復操縱駕駛桿，觀察各個運動點的運動情況，發現在12框處，扭力管與搖臂之間有明顯的相對轉動，即搖臂上的錐形孔產生變形成橢圓形錐形孔。至此，故障點已經查明。

4 故障的排除

對于卡滯故障，比較好解決，只是將干澀銹蝕的軸承進行清洗潤滑，重新裝配，恢復原狀即可。

對于扭力管與搖臂之間有相對轉動的故障，處理起來比較復雜。首先要將機翼與機身分離，再將12框處的5號、6號和18號拉桿與此處的搖臂分離，將支座拆卸出來，再將錐形螺栓拆卸下來，將扭力管從支座中抽出，卸下搖臂。將搖臂和扭力管按原狀態組合好，重新鉸制錐形孔，將錐形螺栓孔加大一級，并將錐形螺栓加大一級安裝。重新安裝，恢復飛機原狀態。

5 故障產生原因分析及解決方法

卡滯故障的產生原因主要是與飛機的使用維護有關。按照維護規程和維修技術手冊的要求，對所有的活動關節部位，都需要定期進行檢查、清洗和從新潤滑。而用戶沒有完全按照此要求執行。因此，徹底解決的辦法是加強地面的維護，定期清洗和潤滑軸承。

扭力管與搖臂之間有相對轉動的故障原因主要是與裝配質量有關（見圖2）。從圖中可以看出，搖臂的臂長較大，搖臂根部所受的力較大，搖臂與錐形螺栓的結合面和扭力管與錐形螺栓的結合面承受較大的擠壓。由于搖臂的材料為LD5，錐形螺栓的材料為30CrMnSiA，扭力管的材料為30CrMnSiA。因此，當裝配時錐形螺栓沒有擰緊，錐形孔與錐形螺栓之間存在細微的間隙，在使用一段時間后，搖臂上的錐形孔容易變形成為橢圓形錐形孔，使得錐形螺栓與搖臂之間產生間隙，在操縱飛機時，扭力管與搖臂就會產生相對轉動，進而使得系統產生了空行程。解決辦法是外場重新鉸制錐形孔，將錐形螺栓孔加大一級，并將錐形螺栓加大一級安裝。內場解決的辦法其一是將搖臂根部的直徑加大，并加長錐形螺栓，增加搖臂與扭力管的結合面，減小搖臂與扭力管的結合面的局部壓強。其二是加強裝配質量監控。

圖2 扭力管與搖臂安裝示意圖

6 結語

該型教練機的副翼操縱系統是不可逆液壓助力式的操縱系統，在分析和判斷問題時，應該以助力器作為分解系統的分界點，分段檢查，盡量縮小查找的范圍。通常，在駕駛桿上能感覺得到的桿力問題，一般問題都出在助力器的前段，而系統的間隙問題就需要以助力器為分界點分段檢查。本文所述的兩個問題，就是通過以助力器為分界點，先確定大致范圍，再逐個排除。

[1]徐鑫福主編.飛機飛行操縱系統.北京：北京航空航天大學出版社