楊百平

（中航飛機股份有限公司研發(fā)中心，陜西 西安 710089）

螺旋槳變距控制系統(tǒng)故障研究

楊百平

（中航飛機股份有限公司研發(fā)中心，陜西 西安 710089）

文章通過對新舟系列飛機發(fā)生的螺旋槳變距控制系統(tǒng)故障，依據(jù)機理分析和故障模式分析，分析了造成故障的根本原因，提出了故障處理方式，為產(chǎn)品改進提供依據(jù)。

螺旋槳控制裝置；低槳距開關(guān)；低槳距止動

新舟系列飛機已經(jīng)成為我國規(guī)模最大的擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的民用支線機群，不僅在國內(nèi)航空市場具有一定的份額，更是成功打入了國際航空市場，且呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢。隨著機群數(shù)量的增加和飛行小時數(shù)的積累，新舟系列飛機螺旋槳變距控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出故障頻發(fā)的態(tài)勢，造成航班大量延誤或返航，給用戶帶來了經(jīng)濟損失，對飛機聲譽也造成了一定的影響。

為更好地保障新舟系列飛機國內(nèi)外用戶的順利運營，文章通過對螺旋槳控制系統(tǒng)研究，對系統(tǒng)工作原理及控制邏輯進行分析，提出解決該問題的措施和方法，以消除用戶的疑慮、擔(dān)憂和困擾，給用戶創(chuàng)造更多經(jīng)濟效益的同時，也產(chǎn)生良好的社會效益。

1　螺旋槳變距控制系統(tǒng)

1.1系統(tǒng)組成

螺旋槳變距控制系統(tǒng)主要由螺旋槳控制裝置、螺旋槳控制裝置泵、滑油傳輸管、變距作動筒、變距活門和變距螺桿等組成［1］。其中，螺旋槳控制裝置是螺旋槳變距控制系統(tǒng)的核心部件，通過轉(zhuǎn)接器安裝在發(fā)動機減速齒輪箱上。

1.2系統(tǒng)工作原理

滑油經(jīng)螺旋槳控制裝置泵打壓后，形成壓力滑油進入螺旋槳控制裝置，一部分滑油經(jīng)過控制器、最小選擇活門、反槳活門后形成計量滑油，進入伺服活塞前腔內(nèi)，另一部分壓力供油進入伺服活塞后腔內(nèi)。

伺服活塞前腔的工作面積為后腔的兩倍。當(dāng)計量滑油壓力為供油壓力的一半時，伺服活塞停止運動；當(dāng)計量滑油壓力超過供油壓力的一半時，伺服活塞向前移動；當(dāng)計量滑油壓力小于供油壓力的一半時，伺服活塞向后移動。

伺服活塞的前后軸向運動轉(zhuǎn)化為滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運動，通過滑油傳輸管傳遞給變距螺桿和變距活門。同時，螺旋槳控制裝置內(nèi)的壓力滑油，通過滑油傳輸管進入變距作動筒的大距腔或小距腔，驅(qū)動變距作動筒前后移動。

螺旋槳槳葉角通過變距作動筒的前后移動而改變。當(dāng)壓力滑油進入變距作動筒的大距腔時，變距作動筒向后運動，槳葉角增加；當(dāng)壓力滑油進入變距作動筒的小距腔時，作動筒向前運動，槳葉角減小。

2　故障分析

2.1典型故障現(xiàn)象

近年來，外場多次反饋螺旋槳系統(tǒng)故障。通過故障現(xiàn)象梳理與分析，螺旋槳變距系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)為兩種故障模式。

故障模式一：地面試車過程中或滑行階段，功率桿從地面慢車位置推向起飛位置的過程中出現(xiàn)發(fā)動機扭矩快速上升、螺旋槳轉(zhuǎn)速快速下降現(xiàn)象，并伴隨有螺旋槳異常聲響，典型故障（見圖1）。

故障模式二：航后螺旋槳進入順槳狀態(tài)時，或發(fā)動機停車后，低槳距指示燈出現(xiàn)常亮現(xiàn)象，而發(fā)動機其它參數(shù)正常，典型故障（見圖2）。

圖1　故障模式一典型故障圖

圖2　故障模式二典型故障圖

2.2機理分析

（1）故障模式一分析。從故障現(xiàn)象來看，該故障主要發(fā)生在功率桿從地面慢車位置推向起飛位置的過程中。功率桿從地面慢車位置推向起飛位置的過程中，經(jīng)過飛行慢車位置，該位置是飛機保持空中飛行姿態(tài)時功率桿所允許的最低位置。為了防止飛機進場著陸時因拉力過小而產(chǎn)生飛機失速的危險，在飛行慢車位置設(shè)置了低槳距保護系統(tǒng)。該系統(tǒng)由螺旋槳控制裝置上安裝的低槳距開關(guān)、順槳電磁活門以及飛機電氣線路中的繼電器、低槳距指示燈和功率桿低槳距止動微動開關(guān)組成。

當(dāng)功率桿角度大于設(shè)定值時，位于功率桿下部的低槳距止動微動開關(guān)接通。此時，若槳葉角低于設(shè)定值，低槳距開關(guān)從斷開位置自動轉(zhuǎn)至閉合位置，使飛機電氣線路中的繼電器閉合，低槳距指示燈亮。同時，正電經(jīng)功率桿低槳距止動微動開關(guān)供給螺旋槳控制裝置上的順槳電磁活門，將伺服活塞前腔計量壓力泄放至低壓，增大槳葉角。當(dāng)槳葉角增大超過設(shè)定值時，低槳距開關(guān)從閉合位置自動轉(zhuǎn)至斷開位置，飛機電氣線路中的繼電器斷開，順槳電磁活門停止泄放伺服活塞前腔計量壓力，槳葉角變小，低槳距指示燈滅。若槳葉角無法恢復(fù)正常，上述過程重復(fù)出現(xiàn)，低槳距指示燈“亮-滅”不斷變化，保持槳葉角不低于設(shè)定值，防止低槳距事件的發(fā)生。從圖1可以看出，功率桿接近飛行慢車位置時螺旋槳轉(zhuǎn)速快速下降、扭矩迅速上升，造成該現(xiàn)象的最直接原因是螺旋槳變大距。

依據(jù)系統(tǒng)工作原理，影響螺旋槳變大距的因素有：①螺旋槳控制裝置內(nèi)部的貝它凸輪、貝它桿和貝它活門之間的匹配性問題。當(dāng)功率桿從地面慢車位置向飛行慢車位置移動時，雖然狀態(tài)桿處在最大轉(zhuǎn)速位置，但螺旋槳實際轉(zhuǎn)速較低，螺旋槳處于欠速調(diào)節(jié)狀態(tài)，槳葉角直接由功率桿貝它凸輪控制。隨著功率桿角度的增加，功率桿帶動貝它凸輪轉(zhuǎn)動，使貝它活門內(nèi)套筒向內(nèi)運動，降低計量滑油壓力、增加槳葉角，保持轉(zhuǎn)速在某一恒定值。依據(jù)上述分析，螺旋槳轉(zhuǎn)速急劇下降，則必須是螺旋槳控制裝置中貝它活門內(nèi)套筒快速泄放計量滑油壓力、使螺旋槳變大距所致。由于貝它凸輪、貝它桿和貝它活門之間屬于純機械控制，其可靠性較高，造成計量滑油壓力快速降低的可能性較小，故由此引發(fā)的螺旋槳轉(zhuǎn)速快速降低的可能性非常小；②螺旋槳控制裝置上的低槳距開關(guān)斷開時機與低槳距止動微動開關(guān)的接通時機匹配性問題。依據(jù)螺旋槳型號規(guī)范，槳葉角低于飛行慢車槳葉角以下某一設(shè)定值時，螺旋槳控制裝置上的低槳距開關(guān)閉合［2］。為了確?？罩械蜆嗍录l(fā)生時低槳距保護系統(tǒng)功能正常，同時滿足飛機著陸后低槳距保護系統(tǒng)功能解除，使槳葉角進入地面慢車槳葉角、甚至最大反槳槳葉角，在飛行慢車位置設(shè)置了低槳距止動微動開關(guān)。當(dāng)功率桿位于飛行慢車以上位置時，低槳距止動微動開關(guān)接通至順槳電磁活門的供電線路；當(dāng)功率桿位于飛行慢車以下位置時，低槳距止動微動開關(guān)斷開至順槳電磁活門的供電線路。依據(jù)系統(tǒng)工作原理，前推功率桿的過程中，若低槳距止動微動開關(guān)接通后、低槳距開關(guān)仍未斷開，順槳電磁活門接通，螺旋槳槳葉角迅速增加，就會出現(xiàn)故螺旋槳轉(zhuǎn)速快速下降、發(fā)動機扭矩快速上升現(xiàn)象。

（2）故障模式二分析。該故障主要發(fā)生在著陸后螺旋槳進入順槳狀態(tài)或發(fā)動機停車后，此時螺旋槳均處于順槳狀態(tài)，低槳距止動微動開關(guān)處于斷開狀態(tài)。依據(jù)螺旋槳順槳系統(tǒng)工作原理，當(dāng)螺旋槳進入順槳狀態(tài)時，低槳距開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài)，低槳距指示燈應(yīng)熄滅。因此，造成該故障的主要原因是低槳距開關(guān)變形或安裝不正常，使得低槳距開關(guān)在本應(yīng)斷開的情況下仍處于閉合狀態(tài)，最終出現(xiàn)低槳距指示燈常亮現(xiàn)象。

2.3應(yīng)對措施

研究表明，螺旋槳控制裝置上的低槳距開關(guān)斷開設(shè)置點偏差大和低槳距開關(guān)安裝不正確、變形，是造成螺旋槳變距控制系統(tǒng)故障的主要原因。由于此故障引起的飛機延誤、返航和成品返修給航空公司造成巨大的經(jīng)濟損失，航空公司對此提出抱怨，給飛機制造商帶來了較大的壓力。為了有效解決該故障引起的負面影響，建議從以下幾個方面進行改進：①提升低槳距開關(guān)通斷設(shè)置點設(shè)置精度。通過提升低槳距開關(guān)通斷設(shè)置點設(shè)置精度，使地面狀態(tài)下低槳距開關(guān)斷開時機與飛行狀態(tài)下低槳距止動微動開關(guān)接通的接通時機互不干涉，避免扭矩增大、螺旋槳轉(zhuǎn)速下降故障的發(fā)生；②改善低槳距開關(guān)安裝工藝。完善低槳距開關(guān)安裝規(guī)范、改進低槳距開關(guān)安裝工藝流程，優(yōu)化安裝方法，增加流程監(jiān)控，防止低槳距開關(guān)安裝不到位或不正確；③提升低槳距開關(guān)制造質(zhì)量。低槳距開關(guān)的通斷是通過伺服活塞帶動開關(guān)上的簧片按壓微動開關(guān)而控制的，因此，提升低槳距開關(guān)的制造質(zhì)量，特別是改進開關(guān)上簧片的制造強度和質(zhì)量對提升產(chǎn)品質(zhì)量是非常有效的。

3　結(jié)束語

目前，支線飛機產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展，新舟飛機作為我國自主研發(fā)的一款民用支線飛機受到業(yè)界越來越多色關(guān)注。文章通過對新舟飛機運營過程中螺旋槳變距控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障深入研究，從系統(tǒng)工作原理方面進行了全面而詳細地剖析，對新舟飛機運營過程中出現(xiàn)的故障提出了解決措施，為系統(tǒng)改進指明了改進方向，對提升系統(tǒng)的工作可靠性有其重要意義。

［1］張春，孟興紅.螺旋槳周期變距系統(tǒng)在螺旋槳飛機姿態(tài)控制上的應(yīng)用研究（下）［J］.航空科學(xué)技術(shù)，2009，（4）：41-44.

［2］張春，孟興紅.螺旋槳周期變距系統(tǒng)在螺旋槳飛機姿態(tài)控制上的應(yīng)用研究（上）［J］.航空科學(xué)技術(shù)，2009，（3）：37-41.

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