孫 勇

(海軍裝備部，西安 710074)

為滿足飛機安全可靠性要求，其主操縱系統(tǒng)通常采用雙套鋼索操縱線系，在雙套鋼索操縱線系之間配置離合器(見圖1)。正常情況下，離合器起聯(lián)動作用，即當駕駛員作用于一側(cè)的操縱線系時，另一側(cè)線系借助離合器的剛性連接同步動作；當一側(cè)操縱線系出現(xiàn)卡阻的情況下，駕駛員通過按駕駛艙中的脫開控制開關使離合器斷開，從而使左右兩套操縱線系完全脫開，駕駛員通過另外一套正常線系對飛機單側(cè)舵面進行操縱，使飛機安全返航。

圖1 雙套操縱裝置示意圖

*注：1.輸入搖臂組件；2.回力桿；3.離合器；4.扇形輪；5.輸出搖臂組件；6.輸入拉桿

離合器是操縱系統(tǒng)中的一個部件。正常操縱時，離合器處于結合狀態(tài)，起聯(lián)動作用。當一側(cè)操縱線系出現(xiàn)卡阻或其他故障時，駕駛員通過駕駛艙中的左右脫開控制開關給電磁鐵通電，此時產(chǎn)生足夠大的電磁吸力將電磁鐵頂桿伸出并推動釋放軸，釋放搖臂“脫扣”并在扭簧力的作用下旋轉(zhuǎn)，離合器內(nèi)結合子與外結合子產(chǎn)生相對運動。當釋放搖臂轉(zhuǎn)動一定角度受到止動軸限位時，內(nèi)結合子的扁平面與外結合子的水平缺口齊平，這時內(nèi)結合子從外結合子脫出，從而使左右操縱線系完全脫開，通過另一套線系對飛機單側(cè)舵面進行操縱(見圖2)。

圖2 離合器結構示意圖

1 故障現(xiàn)象

某型飛機進行機體定檢時，要求升降舵離合器通電后應立即斷開。但是某架該型機進行通電后，此裝置未正常斷開，隨即機務人員采用手動模式強制使離合器斷開，地面進行人工復位后，再次通電時離合器可正常斷開。

2 故障分析

2.1 故障樹分析

以離合器未正常斷開(頂事件)作為分析的目標，采用故障樹的分析方法，找出產(chǎn)品通電未正常斷開原因，如圖3所示。

圖3離合器未正常斷開問題之故障樹

2.2 故障排查

離合器未正常斷開的原因有14個因素，見圖3中X1～X14。

2.2.1 外場機上檢查

外場測量了5架機離合器產(chǎn)品的釋放軸推動力，其中一架飛機離合器釋放軸推動力值最大，為110N，超出了電磁鐵通電時的設計推力值71.6N。

外場檢查兩型離合器電磁鐵供給電壓，電壓值(24V)滿足產(chǎn)品使用要求；檢查電磁鐵推桿、內(nèi)外結合子、儲能扭簧、推桿復位彈簧的運動情況，均運動靈活，無異常磨損，可初步排除X1、X2、X3及X4項；根據(jù)外場出現(xiàn)故障后，釋放軸復位正常，產(chǎn)品復位后離合器通電可正常斷開等現(xiàn)象分析，可初步排除X6、X7、X8、X11項；檢查釋放軸與搖臂結合處、內(nèi)、外結合子結合處均無卡滯，可排除X10項。

2.2.2 故障件返廠檢查

為進一步排查故障原因，對故障件進行返廠排查，主要進行了功能、性能檢查、釋放軸推力檢查、電磁鐵推力測量、電磁鐵推桿及釋放軸運動靈活性檢查、釋放軸及相關配合零件接觸部位磨損情況檢查、釋放軸及相關配合零件尺寸檢查等。經(jīng)排查，產(chǎn)品零組件尺寸符合設計圖樣要求；復位彈簧彈力、扭轉(zhuǎn)彈簧扭矩、電磁鐵推力等均符合設計要求；釋放軸活塞表面存在著金屬銅元素，與產(chǎn)品使用過程中堵頭與釋放軸長期受壓、運動過程中的摩擦有關。

綜上所述，可以排除故障樹中的X5和X14項。

2.2.3 廠內(nèi)驗證試驗

通過外場及返廠故障件排查，導致離合器首次通電未正常斷開問題的影響因素X9、X12、X13項還不能排除。

針對該三項影響因素，制定模擬試驗方案。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)對試驗結果進行分析，匯總情況見表1。

表1 因素X9、X12、X13分析匯總表

續(xù)表1

分析原因驗證措施驗證結果產(chǎn)品裝機后長期未使用斷開功能,釋放軸與釋放搖臂間的靜摩擦系數(shù)隨時間的增大而增大(X13)產(chǎn)品加載180N·m持續(xù)保持2個月后,測量釋放軸阻力 釋放軸阻力較初始力值增大(釋放軸首次推動的正向阻力由67N增大為78N),產(chǎn)品在機上加載使用可能會出現(xiàn)斷開性能下降的問題飛機操縱線系施加于產(chǎn)品上的拉壓力矩,導致釋放搖臂孔傾斜,使釋放軸阻力增大(X9)輸入、輸出搖臂的輸入扭矩由30N·m開始,每次增加30N·m,直至增加到180N·m,每次測量釋放軸阻力隨施加扭矩值的增大,產(chǎn)品釋放軸阻力變化在5N范圍內(nèi),變化較小。表明該產(chǎn)品斷開性能下降與扭矩增大無直接關系

根據(jù)排查結果分析，改進釋放軸、更換襯套(X12)和增加拉壓力矩(X9),釋放軸阻力無明顯變化。目前，故障樹中僅剩X13項不能排除。

2.2.4 外場地面檢查

外場檢查情況見表2。發(fā)生首次通電無法斷開的離合器，距最近一次定檢的日歷時間至少在5個月以上，5個月以下離合器首次通電均可正常斷開。由此數(shù)據(jù)可看出離合器首次通電未正常斷開問題，與產(chǎn)品長期未使用斷開功能有關。

表2 外場地面檢查結果

2.2.5 設計理論分析

影響靜摩擦力的因素眾多，如時間、材料、結合面粘著力、結合面接觸剛度、結合面模型設計、工作環(huán)境溫度等[1-4]，綜合離合器外場使用過程中出現(xiàn)的斷開不可靠情況及廠內(nèi)試驗驗證情況分析，該型離合器出現(xiàn)首次通電未正常斷開的原因應為釋放軸靜摩擦阻力增大。釋放軸靜摩擦阻力主要影響因素是靜摩擦力隨時間增長而增大。上世紀50年代，包頓、忒布等物理學家提出了“靜摩擦力隨停留時間的增長而增大”的觀點，1959年拉賓諾維奇提出了靜摩擦力隨時間變化的經(jīng)驗公式us=uk+C1·Tc2，其中us為摩擦系數(shù)，uk為動摩擦系數(shù)，C1、C2常數(shù)。

3 故障結論

經(jīng)分析，導致離合器首次通電未正常斷開的原因為：產(chǎn)品裝機后長期未使用斷開功能，釋放軸靜摩擦力隨時間推移而增大，當靜摩擦力增大至大于電磁鐵設計推力值時，則會出現(xiàn)離合器無法斷開現(xiàn)象。

4 改進措施及試驗驗證情況

4.1 改進措施

離合器定檢時出現(xiàn)首次通電未正常斷開問題，其根本原因是電磁鐵輸出力不滿足隨時間推移引起靜摩擦力增大的要求，導致電磁鐵推力無法克服釋放軸靜摩擦力所致，故采用改進電磁鐵的方案解決離合器首次通電未正常斷開問題。

按照電磁分析的仿真模型及電磁鐵在產(chǎn)品中的需求[5]，建立電磁鐵的三維模型，如圖4所示。

圖4 電磁鐵三維模型

以外場實測的釋放軸最大靜摩擦阻力110N，作為18V DC 70℃新電磁鐵的基本設計參數(shù),重新設計電磁鐵。

通過分析模型電磁鐵間隙與輸出力數(shù)據(jù)，可以看出，通過改變電磁鐵結構中與釋放軸作用時的動靜銜鐵間隙，可以使輸出力滿足要求。

表3 不同模型參數(shù)下電磁力計算結果

4.2 試驗驗證

以上改進措施，在廠內(nèi)驗證件中均進行了貫徹和試驗驗證，功能、性能、高低溫、振動、沖擊試驗，試驗結果合格，滿足產(chǎn)品使用技術要求。

4.3 裝機驗證

經(jīng)過廠內(nèi)驗證后，將改進后的離合器進行裝機，機上驗證功能可靠，經(jīng)外場使用后，情況正常，證明措施有效，從根本上杜絕了同類故障的再次發(fā)生。

5 結語

離合器在外場定檢中發(fā)生的首次通電未正常斷開問題，是因為產(chǎn)品裝機后長期未使用斷開功能，釋放軸靜摩擦力隨時間推移而增大，電磁鐵推力不足以推開釋放軸所致。通過增大電磁鐵推力的改進電磁鐵設計，可解決離合器首次通電未正常斷開問題。

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