郭湘川 付貴

摘 ?要：方向舵是飛機用來改變飛行方向的重要部件，它主要是通過方向舵操縱鋼索來控制方向舵面完成方向的改變。頻繁使用的鋼索會發(fā)生磨損、斷裂、彎曲疲勞、生銹等故障，嚴重威脅到了飛行的安全。該文根據(jù)CESSNA172R方向舵操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，通過鋼索結(jié)構(gòu)組成原理對鋼索失效的原因進行分析，提出了預(yù)防飛行方向舵操縱鋼索失效的措施和維護預(yù)防方法，減緩鋼索損傷速度，提高鋼索的使用壽命，保證飛機運行安全。

關(guān)鍵詞：CESSNA172R ?方向舵 ?鋼索 ?故障分析

中圖分類號：X951 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）06（b）-0037-02

方向舵主要用來控制飛機的偏航操縱，它的操縱是通過駕駛員腳蹬踏板來實現(xiàn)舵面的轉(zhuǎn)動，踏板與舵面之間由操縱鋼索連接。飛機操縱系統(tǒng)的鋼索通常是用碳素鋼或不銹鋼制成的，它具有較高的抗拉強度、疲勞強度和沖擊韌性，能承受多種形式的交變載荷，可傳遞較長距離載荷，承載安全系數(shù)大。CESSNA172R飛機的每根鋼索通常由7股鋼絲扭合在一起，每股包括7根或19根鋼絲，用7×7或者7×19表示。鋼索在使用的過程中同時受到扭轉(zhuǎn)和拉伸作用，且相互影響。由于受力較為復(fù)雜，使用環(huán)境多變等原因，容易造成磨損、斷裂、腐蝕、變形及疲勞等失效形式，嚴重影響了飛行安全。該文根據(jù)某飛行學(xué)院訓(xùn)練機型CESSNA172R方向舵操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點對鋼索失效的原因進行了分析，利用ANYSY Workbench進行了有限元分析，提出了預(yù)防飛行方向舵操縱鋼索失效的措施和維護預(yù)防方法，提高鋼索的使用壽命，保證飛機運行安全。

1 ?方向舵鋼索操縱系統(tǒng)介紹

CESSNA172R飛機方向舵操縱系統(tǒng)如圖1所示，它由腳蹬機構(gòu)、復(fù)位彈簧、鋼索、滑輪和相關(guān)連接件組成，系統(tǒng)各部件通過相互連接和相互作用，組成一個閉環(huán)回路。該機型方向舵操縱系統(tǒng)的閉環(huán)回路不同于一般軟式飛行操縱系統(tǒng)的鋼索回路，一般軟式飛行操縱系統(tǒng)的鋼索回路的張緊程度是通過直接調(diào)節(jié)鋼索張力值來直接設(shè)置，而CESSNA172R飛機方向舵系統(tǒng)的鋼索回路的張緊程度是通過調(diào)節(jié)腳蹬樞軸到前防火墻的距離來進行設(shè)置的，通過調(diào)節(jié)鋼索的長度改變復(fù)位彈簧的長度，進而改變彈簧張力達到改變回路張力的目的[1]。

2 ?方向舵操縱鋼索失效的原因分析

2.1 鋼索磨損

鋼索磨損是鋼索失效的主要原因之一，根據(jù)調(diào)查研究，CESSNA172R飛機方向舵鋼索磨損部位都發(fā)生在如圖1所示的FS142.00滑輪處。導(dǎo)致操縱鋼索磨損的因素主要有：鋼索走向不合理、鋼索與結(jié)構(gòu)件之間間隙過小，造成使用中的磨損;操縱鋼索常年裸露在外面，造成了鋼索污染，許多雜質(zhì)附著在鋼索上面給鋼索造成很大影響;導(dǎo)向器、防磨塊等材質(zhì)相對鋼索的硬度過高;導(dǎo)向器的結(jié)構(gòu)形式、設(shè)計尺寸的不合理性。

2.2 過載拉斷

利用ANYSY Workbench軟件對這次受力進行仿真分析，從計算分析結(jié)果可知，鋼索的最大應(yīng)力分布在鋼索彎折處的最上部，最大應(yīng)力為拉應(yīng)力，大小為124.24MPa，應(yīng)力分布如圖2所示。

3 ?預(yù)防方向舵操縱鋼索失效的措施

根據(jù)以上對CESSNA172R型飛機方向舵操縱系統(tǒng)鋼索失效的原因分析，針對鋼索磨損、腐蝕、過載拉斷等因素，在不改變現(xiàn)有飛機方向舵結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上制定以下預(yù)防鋼索失效的措施。

（1）定期檢查鋼索，及時更換不符合要求的鋼索。對于斷絲散開的鋼索可用抹布檢查;對于磨損區(qū)域比較光滑或有光滑凹坑的鋼索，應(yīng)將鋼索松脫，輕微旋轉(zhuǎn)、彎曲鋼索損傷部位，檢查鋼索損傷狀況[3]。

（2）設(shè)置合理的鋼索張力值，防止由于鋼索過松帶來的鋼索大幅振動。

（3）保證鋼索與防磨塊、機身隔框有適當間隙，避免操縱鋼索與兩者直接接觸。

（4）注意檢查操縱系統(tǒng)的活動部件，尤其是外露的活動部件，確保無腐蝕和外來物污染，從而避免鋼索過載拉斷。

（5）重點檢查飛行操縱鋼索經(jīng)常發(fā)生磨損的區(qū)域和疲勞危險區(qū)域。

參考文獻

[1] 杜仲，劉德勝，許將軍，等.CESSNA172R飛機飛行操縱鋼索故障原因分析[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2014（2）：155-159.

[2] 劉庭耀，趙曉輝.飛機操縱系統(tǒng)鋼索斷裂原因分析[J].失效分析與預(yù)防，2009（11）：247-250.

[3] 羅裕富.CESSNA172R飛機操作系統(tǒng)鋼索分析[J].科技風(fēng)，2012（10）：5.