李 煒 劉艷華 黃明俊

（國營蕪湖機(jī)械廠，蕪湖 241007）

1 故障概況

電纜作為飛機(jī)的“血管”和“神經(jīng)”，性能會(huì)直接影響飛機(jī)的飛行安全[1]。某型飛機(jī)飛行時(shí)，語音告警系統(tǒng)及座艙顯示器誤報(bào)液壓系統(tǒng)故障。通過進(jìn)一步檢查，故障原因?yàn)樵擄w機(jī)左尾梁部位連接液壓油箱的信號(hào)電纜出現(xiàn)故障[2]。經(jīng)分解檢查發(fā)現(xiàn)，具體原因?yàn)轱w機(jī)左尾梁部位A電纜線束中1、2號(hào)導(dǎo)線在固定電纜的卡箍處磨損后搭接，導(dǎo)致語音告警系統(tǒng)報(bào)警，磨損位置及磨損情況見圖1。對(duì)其他飛機(jī)該部位進(jìn)行抽查，發(fā)現(xiàn)均存在不同程度的電纜磨損現(xiàn)象。

圖1 磨損位置及磨損情況

2 故障原因分析

根據(jù)故障情況，分析導(dǎo)線磨損的可能原因，導(dǎo)線磨損故障樹見圖2。

圖2 導(dǎo)線磨損故障樹

2.1 導(dǎo)線被卡箍夾傷分析

A電纜線束敷設(shè)在飛機(jī)左尾梁部位，處于高振動(dòng)區(qū)域，輕微磨損位置處于兩卡箍之間，嚴(yán)重磨損位置處于卡箍上方或下方，如圖3所示。因?yàn)榭ü磕z墊未破損，線束未與卡箍金屬部分接觸，所以排除導(dǎo)線被卡箍夾傷情況。

圖3 A電纜線束敷設(shè)示意圖

2.2 導(dǎo)線與導(dǎo)線相磨分析

A電纜線束內(nèi)有4根導(dǎo)線，它們的型號(hào)規(guī)格、絕緣層材質(zhì)（主要有機(jī)成分為乙烯-四氟乙烯共聚物）以及磨損部位方向均相同，但是形狀不一，如圖4所示。因?yàn)閷?dǎo)線間無明顯相互磨損特征，所以排除導(dǎo)線間相磨的情況。

圖4 A電纜線束導(dǎo)線損傷示意圖

2.3 導(dǎo)線與機(jī)體結(jié)構(gòu)、導(dǎo)管相磨分析

A電纜線束使用卡箍固定于結(jié)構(gòu)型材，電纜與型材之間的間隙符合要求，且導(dǎo)線外防護(hù)層氟化布無破損情況，因此排除導(dǎo)線與機(jī)體結(jié)構(gòu)相磨的情況。查看電纜機(jī)上的裝配狀態(tài)可知，電纜外側(cè)裝有各種導(dǎo)管，但導(dǎo)管與電纜之間的間隙符合要求，因此排除導(dǎo)線與導(dǎo)管相磨的情況。

2.4 導(dǎo)線與防護(hù)布相磨分析

根據(jù)電纜故障檢查情況，導(dǎo)線絕緣層初期磨損痕跡與電纜外防護(hù)層氟化布內(nèi)側(cè)紋路一致，導(dǎo)線磨損點(diǎn)與防護(hù)布內(nèi)側(cè)磨損點(diǎn)一致，如圖5所示。下面對(duì)該部位進(jìn)行導(dǎo)線和防護(hù)布損傷微觀分析。

圖5 磨損點(diǎn)示意圖

2.4.1 外觀觀察

按GB/T 33343—2016[3]的規(guī)定進(jìn)行外觀觀察。如圖6所示，在導(dǎo)線磨損位置處發(fā)現(xiàn)與之對(duì)應(yīng)的氟化布，且可見不同程度的磨損形貌，但是氟化布未完全磨破，僅與導(dǎo)線接觸的內(nèi)側(cè)可見磨損形貌，且在導(dǎo)線絕緣層外側(cè)可見白色和黃色附著物，氟化布內(nèi)表面可見白色和黃色附著物。

圖6 損傷形貌

2.4.2 SEM分析

對(duì)損傷部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)方程模型（Structural equation modeling，SEM）分析，結(jié)果如圖7所示。圖7（a）為未使用的良品氟化布微觀形貌，呈編織狀形貌，表面光滑[4]。圖7（b）為導(dǎo)線磨損位置對(duì)應(yīng)的氟化布微觀形貌，編織狀形貌已嚴(yán)重磨損。采用X射線能量色散譜方法（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy，EDS）進(jìn)行表面成分分析，其主要成分有C、O、F、Mg、Si和Ti等元素，見圖7（c）。圖7（d）和圖7（e）分別為該部位附著的白色和黃色粉末的微觀形貌，采用EDS進(jìn)行表面成分分析，主要成分有C、O、F、Mg、Si和Ti等元素，如圖7（f）所示?？梢钥闯觯计贩己湍p氟化布兩處的元素種類和含量無明顯差別，而粉末附著物為有機(jī)物，對(duì)其進(jìn)行EDS成分分析只能測到C、O兩種元素。

圖7 SEM分析

2.4.3 FTIR分析

按GB/T 6040—2002[5]的規(guī)定，對(duì)磨損導(dǎo)線絕緣層、新品導(dǎo)線絕緣層、白色粉末和黃色粉末進(jìn)行FTIR分析，如圖8所示。結(jié)果顯示：磨損導(dǎo)線和新品導(dǎo)線的絕緣層材質(zhì)相同，主要有機(jī)物成分為乙烯-四氟乙烯共聚物；白色和黃色粉末的主要有機(jī)成分也為乙烯-四氟乙烯共聚物?？梢?，白色和黃色粉末為導(dǎo)線絕緣層磨損脫落的磨粒。

圖8 FTIR分析

2.5 綜合分析

結(jié)合失效分析可知，導(dǎo)線的磨損形式為接觸疲勞磨損。導(dǎo)線絕緣層與外防護(hù)層氟化布形成摩擦副，在振動(dòng)應(yīng)力的反復(fù)作用下，導(dǎo)線絕緣層淺表面微區(qū)萌生疲勞裂紋并在導(dǎo)線絕緣層淺表面擴(kuò)展。當(dāng)擴(kuò)展到一定程度時(shí)，裂紋擴(kuò)展方向折回表面，導(dǎo)致材質(zhì)層片狀脫落形成磨坑，從而使材質(zhì)表面粗糙度增加。較大的粗糙度會(huì)加劇摩擦副間的磨損，從而使導(dǎo)線外層絕緣層逐漸剝落露出線芯。

2.6 小結(jié)

損傷導(dǎo)線集中在飛機(jī)尾梁部位，該部位為振動(dòng)頻率較高的區(qū)域。在電纜線束制造敷設(shè)時(shí)，由于導(dǎo)線有彎曲或長度不一致，振動(dòng)過程中會(huì)使導(dǎo)線產(chǎn)生隨機(jī)運(yùn)動(dòng)和軸向拉應(yīng)力。由于卡箍緊固且導(dǎo)線由氟化布包裹，導(dǎo)線與防護(hù)層之間會(huì)形成摩擦副，從而在高頻振動(dòng)應(yīng)力反復(fù)作用下導(dǎo)致導(dǎo)線磨損（接觸疲勞和機(jī)械磨損）。

3 改進(jìn)措施

針對(duì)上述問題，可采取以下措施。首先，普查該型飛機(jī)高振動(dòng)區(qū)域電纜，分解固定卡箍并全面檢查外防護(hù)層，對(duì)存在磨損的導(dǎo)線進(jìn)行換新處理。其次，為減小導(dǎo)線之間的應(yīng)力釋放，將導(dǎo)線進(jìn)行絞合處理，使每個(gè)固定卡箍之間至少保證兩個(gè)絞距，并在兩端使用玻纖套管綁扎。再次，為減小導(dǎo)線與氟化布之間的相對(duì)移動(dòng)，在線束外根據(jù)實(shí)際情況增加1～2處綁扎緊固點(diǎn)，確保兩卡箍之間長度不超過50 mm。最后，為降低電纜振動(dòng)頻率，將卡箍固定部位的電纜纏繞有機(jī)硅自粘帶以增大阻尼系數(shù)，從而降低電纜振動(dòng)的頻率。在敷設(shè)電纜時(shí)，需要使用卡箍對(duì)線束進(jìn)行固定，且卡箍固定部位的電纜線束要用有機(jī)硅自粘帶包纏2～3層，保證電纜固定順直。改進(jìn)后的電纜線束敷設(shè)示意圖如圖9所示。

圖9 改進(jìn)后的電纜線束敷設(shè)示意圖

4 結(jié)語

電纜磨損的主要原因是導(dǎo)線與防護(hù)布之間形成摩擦副，在高頻振動(dòng)應(yīng)力反復(fù)作用下導(dǎo)致的。落實(shí)改進(jìn)措施后，該型飛機(jī)高振動(dòng)區(qū)域電纜暫未發(fā)生磨損故障，且定期分解檢查電纜外觀質(zhì)量良好，證明改進(jìn)措施切實(shí)有效，能夠進(jìn)一步消除電纜故障隱患，保證飛機(jī)飛行安全。