鄭 坤，連林櫻，張嚴(yán)林，賴勇暉

(昌河飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，江西 景德鎮(zhèn) 333000)

近幾年，某型直升機(jī)在飛行過(guò)程中發(fā)生“總距卡滯故障”“總距下放困難”或“總距操縱力偏大”故障頻繁。據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)生此類故障的直升機(jī)概率高達(dá)5.8%。雖然每次故障發(fā)生時(shí)，飛行員都及時(shí)果斷地采取了合理的處置，使直升機(jī)安全著陸，未造成嚴(yán)重后果，但這類故障嚴(yán)重威脅飛行安全，如果不能從根源上進(jìn)行分析解決，后果不堪設(shè)想。

該類故障涉及操縱、旋翼、液壓、飛控等系統(tǒng)，引發(fā)故障的可能性多樣而復(fù)雜，故障定位及故障排除工作量大，難度大。通過(guò)對(duì)各起“總距卡滯故障”“總距下放困難”或“總距操縱力偏大”故障的具體分析和解決發(fā)現(xiàn)，故障原因具有一定的共性，然而又各有區(qū)別，不盡相同，針對(duì)每一起故障還應(yīng)具體分析，具體解決。

本文以某直升機(jī)飛行中總距下放困難為例，對(duì)故障進(jìn)行研究和分析，剖析故障發(fā)生機(jī)理，并形成故障解決方案，為后續(xù)處理類似故障積累經(jīng)驗(yàn)[1-2]。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 旋翼系統(tǒng)

該型直升機(jī)旋翼系統(tǒng)由5片復(fù)合材料槳葉、球柔性槳轂和自動(dòng)傾斜器組成。球柔性槳轂主要由中央件組件、揮舞支臂組件、彈性軸承和阻尼器等組成，自動(dòng)傾斜器主要由動(dòng)環(huán)不動(dòng)環(huán)組件、球鉸組件、扭力臂、防扭臂和變距拉桿等組成(見(jiàn)圖1)。

圖1 主槳轂和自動(dòng)傾斜器結(jié)構(gòu)示意圖

球鉸組件與操縱相關(guān)的運(yùn)動(dòng)副有2個(gè)：一個(gè)是球鉸沿導(dǎo)筒滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)副(提供總距運(yùn)動(dòng))，另一個(gè)是球面轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副(提供周期變距運(yùn)動(dòng))。2種運(yùn)動(dòng)副之間均設(shè)有自潤(rùn)滑襯墊，分別粘貼于球體內(nèi)孔和上、下球座的球面上(見(jiàn)圖2和圖3)。

圖2 自動(dòng)傾斜器結(jié)構(gòu)圖

圖3 球鉸組件結(jié)構(gòu)示意圖

3個(gè)助力器布置結(jié)構(gòu)形式為90°均布，且每個(gè)助力器均與自動(dòng)傾斜器的3個(gè)不動(dòng)環(huán)節(jié)點(diǎn)連接。操縱系統(tǒng)通過(guò)3個(gè)助力器的伸長(zhǎng)/縮短帶動(dòng)自動(dòng)傾斜器繞球鉸或沿導(dǎo)筒運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)旋翼的周期變距以及總距運(yùn)動(dòng)[3-4]。

1.2 主槳操縱系統(tǒng)

主槳操縱系統(tǒng)為硬式機(jī)械液壓助力操縱系統(tǒng)，由周期變距操縱和總距操縱組成。周期變距操縱由縱向操縱和橫向操縱組成。在復(fù)合搖臂后周期變距操縱和總距操縱是共用的。復(fù)合搖臂為周期變距操縱和總距操縱線系的匯合處，每個(gè)線系都能獨(dú)立操縱而不影響其他線系。操縱系統(tǒng)示意圖如圖4所示。

圖4 操縱系統(tǒng)示意圖

總距桿能同時(shí)改變所有槳葉的槳距角，從而改變主槳升力的大小。周期變距桿能使主槳槳距角產(chǎn)生周期性改變，從而操縱旋翼槳盤(pán)的傾斜角，控制升力的方向[5]。

1.3 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)包括2套(左、右)主液壓系統(tǒng)和1套應(yīng)急液壓系統(tǒng)。左主液壓系統(tǒng)為主槳雙腔助力器的下作動(dòng)筒提供液壓源；右主液壓系統(tǒng)為主槳雙腔助力器的上作動(dòng)筒提供液壓源。一旦2套主液壓系統(tǒng)有一套系統(tǒng)故障，另一套系統(tǒng)仍可保證主槳助力器另一腔作動(dòng)筒正常動(dòng)作，維持直升機(jī)的助力操縱[6]。

1.4 飛控系統(tǒng)

操縱系統(tǒng)與飛控系統(tǒng)中的并聯(lián)舵機(jī)交聯(lián)，并聯(lián)舵機(jī)中設(shè)置有彈簧載荷機(jī)構(gòu)和配平機(jī)構(gòu)，可以為操縱機(jī)構(gòu)提供一定的桿力梯度和桿力，在周期變距桿手柄和總距手柄上裝有桿釋放按鈕，通過(guò)桿釋放按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)周期變距桿桿力的釋放。

2 故障描述

直升機(jī)在進(jìn)行五邊下滑時(shí)，穩(wěn)定懸停后下放總距，機(jī)輪剛接觸地面，總距無(wú)法下放。此時(shí)CLP為45%～50%，左、右液壓系統(tǒng)壓力正常。這時(shí)上提總距桿可以正常操作且力度正常，斷開(kāi)飛控總距仍無(wú)法正常下放，施加極大下壓力后總距桿突然下放到底。

3 故障分析及處理

3.1 故障原因分析

通過(guò)系統(tǒng)原理分析可知，總距卡滯故障主要涉及的系統(tǒng)包括操縱、旋翼、液壓及飛控等系統(tǒng)，因此對(duì)上述相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)檢查[7]。

3.1.1 機(jī)上靜態(tài)目視檢查

對(duì)機(jī)上相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行目視檢查，對(duì)相關(guān)間隙進(jìn)行測(cè)量，檢查及測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 靜態(tài)目視檢查結(jié)果

(續(xù)表)

表2 間隙實(shí)測(cè)值記錄表

3.1.2 機(jī)上通電及供壓檢查

在機(jī)上通電及供壓的情況下對(duì)飛控系統(tǒng)及操縱系統(tǒng)進(jìn)行功能檢查，檢查結(jié)果見(jiàn)表3和表4。

外包活動(dòng)中的雙方關(guān)系是動(dòng)態(tài)的合作關(guān)系，如同體育中的接力比賽，不僅需要每個(gè)角色在自己所屬那一段中盡責(zé)盡力，也要按規(guī)定程序和要求完成任務(wù)的銜接。與外包合作單位建立起共同的工作目標(biāo)，創(chuàng)建一種團(tuán)隊(duì)關(guān)系，雙方合理定位，處理好各自角色關(guān)系，能有效提升服務(wù)交付的價(jià)值。

表3 通電及供壓檢查結(jié)果

表4 總距操縱力測(cè)量結(jié)果

3.1.3 自動(dòng)傾斜器離機(jī)檢查

拆卸自動(dòng)傾斜器，使用啟動(dòng)力測(cè)量工裝進(jìn)行大球鉸無(wú)載荷啟動(dòng)力矩測(cè)試。

1)按程序規(guī)定8個(gè)方位角采用從中立至測(cè)試方位轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試方法對(duì)大球鉸做無(wú)載荷啟動(dòng)力測(cè)試，正、反面各測(cè)8個(gè)點(diǎn)(見(jiàn)圖5和圖6)。大球鉸8個(gè)方位角啟動(dòng)力矩測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表5，啟動(dòng)力矩值均符合要求(≤12 N·m)。

圖5 測(cè)量球鉸啟動(dòng)力矩示意圖

a)正放

2)采用全行程方式測(cè)試，發(fā)現(xiàn)個(gè)別方向啟動(dòng)力矩明顯增大。

大球鉸全行程方式起動(dòng)力矩測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表5，在個(gè)別方向上啟動(dòng)力矩明顯增大，力感不均勻，正放及反放啟動(dòng)力矩最大分別為22.38和22.22 N·m。

表5 大球鉸啟動(dòng)力矩測(cè)試數(shù)據(jù)

進(jìn)一步對(duì)大球鉸進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，球鉸襯墊存在明顯摩擦印痕(見(jiàn)圖7)。

圖7 球鉸襯墊存在明顯摩擦印痕

結(jié)合機(jī)上供壓時(shí)做組合操縱時(shí)從自動(dòng)傾斜器處傳來(lái)金屬摩擦的異響、大球鉸啟動(dòng)力矩在個(gè)別范圍偏大及大球鉸襯墊存在明顯摩擦痕跡等事件，初步判斷直升機(jī)總距下放困難的原因?yàn)椋鹤詣?dòng)傾斜器動(dòng)環(huán)不動(dòng)環(huán)組件(含球鉸)存在異常，部分球鉸在飛行中發(fā)生摩擦力大的情況導(dǎo)致飛行過(guò)程中自傾球鉸摩擦力大，加上旋翼氣動(dòng)載荷綜合作用，超出助力器輸出能力，引起總距卡滯，使總距下放困難。

3.2 故障處理

在原機(jī)上恢復(fù)更換大球鉸組件后的自動(dòng)傾斜器，并進(jìn)行組合操縱力檢查，操縱力符合要求(實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6)，且在整個(gè)操縱過(guò)程中無(wú)異響，故障消除。

表6 總距操縱力測(cè)量結(jié)果

4 故障機(jī)理分析

經(jīng)地面動(dòng)環(huán)不動(dòng)環(huán)組件全方位啟動(dòng)力矩測(cè)試、組合操縱異響和球鉸襯墊存在摩擦印痕等綜合判斷，大球鉸的摩擦因數(shù)問(wèn)題導(dǎo)致組合操縱時(shí)球體與球座之間啟動(dòng)力矩增大，從而使得自動(dòng)傾斜器在導(dǎo)筒上的摩擦力增大，動(dòng)環(huán)不動(dòng)環(huán)組件啟動(dòng)力矩不再是無(wú)載啟動(dòng)力矩，這樣周期變距力與總距提放力之間互相激勵(lì)，形成正反饋。激勵(lì)到一定程度后就變成要克服球體與導(dǎo)筒之間以及球體與球座之間卡滯力，同時(shí)再加上旋翼氣動(dòng)載荷綜合作用，超出助力器輸出能力，3個(gè)助力器中只要1個(gè)助力器載荷達(dá)到輸出能力上限就會(huì)出現(xiàn)組合操縱卡滯(故障機(jī)理如圖8所示)[8]。綜上所述，認(rèn)為自動(dòng)傾斜器大球鉸存在卡滯點(diǎn)是造成總距下放困難的原因。

該架機(jī)安裝的球鉸組件為國(guó)產(chǎn)件，通過(guò)對(duì)國(guó)產(chǎn)球鉸組件和國(guó)外球鉸組件進(jìn)行分解前后的尺寸和目視檢查對(duì)比發(fā)現(xiàn)：1)國(guó)產(chǎn)球鉸組件與國(guó)外球鉸組件分解前和分解后的尺寸差異不大；2)國(guó)產(chǎn)球鉸組件(見(jiàn)圖9)與國(guó)外球鉸組件(見(jiàn)圖10)在襯墊表面質(zhì)量上有明顯差距。

圖8 大球鉸故障機(jī)理分析示意圖

圖9 國(guó)產(chǎn)球鉸組件襯墊外觀圖

圖10 國(guó)外球鉸組件襯墊外觀圖

該架機(jī)球鉸組件襯墊的表面粗糙度和摩擦因數(shù)已明顯不符合要求。

目前，國(guó)產(chǎn)球鉸組件襯墊與國(guó)外球鉸的襯墊在性能上還存在一定差距，通過(guò)顯微鏡微觀對(duì)比發(fā)現(xiàn)：國(guó)外件球鉸襯墊外觀均勻，含膠量適中(見(jiàn)圖11)，而國(guó)產(chǎn)球鉸襯墊表面含膠量過(guò)多且不均勻(見(jiàn)圖12)，使其球鉸摩擦因數(shù)大于國(guó)外球鉸摩擦因數(shù)。某國(guó)外球鉸組件與某國(guó)產(chǎn)球鉸組件襯墊表面粗糙度檢測(cè)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表7。

圖11 國(guó)外球鉸襯墊微觀形態(tài)

圖12 國(guó)產(chǎn)球鉸襯墊微觀形態(tài)

表7 襯墊表面粗糙度檢測(cè)結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行球鉸啟動(dòng)力測(cè)量時(shí)，使用8點(diǎn)式測(cè)量方法時(shí)均滿足要求，但全方位檢查時(shí)球鉸卻發(fā)現(xiàn)超差點(diǎn)，所以8點(diǎn)式大球鉸啟動(dòng)力測(cè)量方法無(wú)法完全定位故障，需進(jìn)一步在全行程范圍內(nèi)搖動(dòng)啟動(dòng)力矩測(cè)量工裝，如球鉸存在卡滯點(diǎn)，則補(bǔ)測(cè)卡滯點(diǎn)所處方位的最大力矩值的要求，以進(jìn)一步定位異常部位。

組合操縱力檢查作為排除操縱線系機(jī)械卡滯問(wèn)題的重要標(biāo)準(zhǔn)，不能作為判斷總距卡滯的唯一判定標(biāo)準(zhǔn)。在日常維護(hù)檢查中，建議在機(jī)械日時(shí)按維護(hù)手冊(cè)進(jìn)行組合操縱力檢查，仔細(xì)判斷是否有異響，在地面狀態(tài)及時(shí)發(fā)現(xiàn)操縱系統(tǒng)卡滯的可能性[9-10]。

在設(shè)計(jì)層面，要持續(xù)對(duì)旋翼和操縱系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提升穩(wěn)定性和可靠性，最大程度減少總距下放困難的可能性，提高直升機(jī)的安全性。