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        某型飛機PCU 系統(tǒng)故障分析及解決措施

        2022-08-17 10:54:00葉景濱
        教練機 2022年2期
        關(guān)鍵詞:桿系腳蹬拉桿

        潘 悅,曾 天,周 恒,葉景濱

        (航空工業(yè)洪都,江西 南昌, 330024)

        0 引言

        PCU 系統(tǒng)又稱駕駛員操縱裝置系統(tǒng),是飛機的一個重要組成部件,用于傳遞駕駛員操縱指令,使飛機各操縱面按操縱指令進行偏轉(zhuǎn),其工作性能直接影響到駕駛員的正常操縱,甚至涉及飛行安全。 某型飛機在小批產(chǎn)過程中, 大量出現(xiàn)PCU 系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)超差,無法滿足設(shè)計指標(biāo)要求,導(dǎo)致產(chǎn)生大量審理,拖延生產(chǎn)進度。 為有效控制PCU 系統(tǒng)審理數(shù)量, 本文對PCU 審理故障進行統(tǒng)計分析, 找出超差的主要影響指標(biāo),從裝配過程、測試過程、系統(tǒng)成件等方面進行分析,找出問題的根本原因,制定了相應(yīng)的改進措施。

        1 PCU 系統(tǒng)組成

        PCU 系統(tǒng)是某型飛機飛控系統(tǒng)的子系統(tǒng),該系統(tǒng)由駕駛桿、腳蹬、縱向調(diào)效機構(gòu)、載荷機構(gòu)、桿位移傳感器、腳蹬位移傳感器、阻尼器、拉桿、搖臂、支座等部件組成,系統(tǒng)安裝于飛機前、后座艙內(nèi),用于控制飛機副翼、平尾、方向舵的轉(zhuǎn)動。駕駛桿及腳蹬組件主要完成傳遞飛行員操縱動作,將飛行員的機械操縱形成飛行操縱指令。指令傳感器能夠敏感感應(yīng)飛行員操縱指令并形成模擬電信號,輸入至飛行控制計算機。 載荷機構(gòu)給飛行員提供與位移成比例的操縱力。阻尼器增加縱向或橫向操縱桿系統(tǒng)阻尼。縱向調(diào)效機構(gòu)用于卸除桿力,減輕飛行員在飛行中長時間穩(wěn)住駕駛桿的疲勞。

        2 PCU 系統(tǒng)制造及裝配工藝流程

        1) 零件制造

        零件制造單位按數(shù)模和技術(shù)規(guī)范要求完成管子、支座、搖臂等零件制造,并將零件組合,交付部裝廠。

        2) 系統(tǒng)桿系裝配

        部裝廠在機身座艙段裝配架上通過工裝來定位PCU 子系統(tǒng)中的支座和搖臂, 保證支座和搖臂孔軸線位置滿足數(shù)模要求,從而保證前、后艙拉桿桿系的準(zhǔn)確性,然后安裝前、后艙拉桿,按技術(shù)規(guī)范要求進行橫、縱、航向的桿系摩擦力測量,測量合格后,從搖臂上拆下拉桿,妥善包扎保護并標(biāo)識,于飛機合攏總裝下架后再重新安裝。

        3) 系統(tǒng)成附件安裝

        駕駛桿、腳蹬、縱向調(diào)效機構(gòu)、載荷機構(gòu)、桿位移傳感器等PCU 系統(tǒng)成件經(jīng)裝前試驗室裝前試驗合格后交付總裝廠,總裝廠通過訂制的專用工裝,分別以座艙地板上支座和定位孔為基準(zhǔn), 安裝駕駛桿和腳蹬,檢查駕駛桿和腳蹬T 點位置準(zhǔn)確性,若不滿足設(shè)計要求則通過加墊進行調(diào)整,然后完成駕駛桿、腳蹬、縱向調(diào)效機構(gòu)、桿位移傳感器、載荷機構(gòu)等成附件的安裝,進行駕駛桿和腳蹬機械中立位置檢查與調(diào)整、電氣零位檢查與調(diào)整、電氣行程檢查與調(diào)整、靜態(tài)特性檢查、動態(tài)特性檢查,進行縱向調(diào)效機構(gòu)特性檢查。

        3 PCU 系統(tǒng)故障統(tǒng)計分析

        PCU 系統(tǒng)裝機后檢查工作內(nèi)容有:前、后艙聯(lián)動桿系摩擦力檢查、機械零位調(diào)整與檢查、電氣零位調(diào)整與檢查、靜態(tài)特性檢查、動態(tài)特性檢查、縱向調(diào)效機構(gòu)特性檢查。 某型飛機自研制以來PCU 系統(tǒng)裝機后調(diào)試經(jīng)常出現(xiàn)超差現(xiàn)象,主要分為以下幾類:

        1) 駕駛桿行程、腳蹬行程超差共14 項,占30%;

        2) 啟動力、操縱力超差共25 項,占53%,其中駕駛桿超差20 項 (橫向力超差15 項, 縱向力超差5項),腳蹬5 項;

        3) 極限電壓值超差4 項,占8.5%;

        4) 配平范圍超差3 項,占6.4%;

        5) 機械中立位置超差1 項,占2.1%。

        1、3、4 類故障中由于前期沒有測試設(shè)備,裝前試驗室未對駕駛桿腳蹬做裝前測試試驗,駕駛桿、腳蹬的產(chǎn)品質(zhì)量未做控制;裝前試驗室從小批生產(chǎn)第3 架起增加了對PCU 系統(tǒng)的裝前測試試驗, 對駕駛桿腳蹬前期做了檢查,現(xiàn)已經(jīng)無此類故障發(fā)生。 5 類故障為偶發(fā)故障。 由此可以看出,PCU 系統(tǒng)裝機后調(diào)試超差情況主要為駕駛桿橫向靜態(tài)特性檢查超差。

        4 PCU 系統(tǒng)故障原因分析

        從上述故障模式分析可知,PCU 系統(tǒng)裝機后調(diào)試超差情況主要為駕駛桿橫向靜態(tài)特性檢查超差,針對此超差問題,從座艙桿系裝配、成品質(zhì)量以及裝前、裝后試驗三個方面進行了原因分析。

        4.1 座艙桿系裝配過程分析

        現(xiàn)發(fā)現(xiàn)駕駛桿橫向桿系中拉桿兩頭安裝了球面軸承,據(jù)部裝廠反映,此類拉桿上的軸承經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)動不靈活現(xiàn)象,針對此情況,工程技術(shù)部門測量了12架份此類拉桿中軸承的啟動力矩值。

        通過測量分析, 當(dāng)軸承啟動力矩≥0.05N·m 時,軸承轉(zhuǎn)動緊澀;拉桿合格率低,分別為33%和25%,而且大部分不合格拉桿一端緊澀、一端靈活,但拉桿頭兩端孔內(nèi)徑尺寸皆為φ14N7, 軸承為同一規(guī)格;拉桿合格率高,達64%,不合格的拉桿也是一端緊澀、一端靈活。

        駕駛桿橫向桿系中球面軸承存在緊澀現(xiàn)象,而駕駛桿橫向啟動力、操縱力又經(jīng)常超差,為了摸索球面軸承啟動力矩對駕駛桿靜態(tài)特性中橫向啟動力、操縱力的影響,我們在某架機上進行了工藝試驗,通過更換不同力矩值的前艙拉桿和后艙拉桿,在同一架飛機上進行駕駛桿啟動力、操縱力測試。

        通過測量分析,拉桿力矩值越大,駕駛桿啟動力、操縱力值越大;前艙拉桿力矩值對前艙駕駛桿啟動力有影響,但對操縱力影響較小,對后艙駕駛桿啟動力、操縱力影響較大;后艙拉桿力矩值對前、后艙駕駛桿啟動力、操縱力影響較小。

        按設(shè)計規(guī)范要求,從01 架起,部裝安裝完座艙桿系后,須進行橫、縱、航向桿系摩擦力檢查,根據(jù)部裝所有記錄的結(jié)果可知,都符合要求,01 架桿系摩擦力數(shù)據(jù)見表1。

        4.2 PCU 系統(tǒng)裝前、裝后測試過程分析

        由于前期缺少測試設(shè)備的原因,駕駛桿、腳蹬等成件的產(chǎn)品質(zhì)量未做控制, PCU 系統(tǒng)腳蹬、駕駛桿等成件是裝機驗證,從01 架才開始進行PCU 系統(tǒng)的裝前測試,對應(yīng)表1 中01 架、02 架出現(xiàn)的超差問題,PCU 系統(tǒng)裝前測試數(shù)據(jù)都合格,具體見表2。

        表1 前、后艙聯(lián)動桿系摩擦力

        表1、表2 中數(shù)據(jù)都符合設(shè)計規(guī)范要求,但在進行PCU 系統(tǒng)靜態(tài)特性檢查時,出現(xiàn)了啟動力超差現(xiàn)象,對此,工藝技術(shù)人員到特設(shè)試驗室和總裝現(xiàn)場對PCU 系統(tǒng)測試設(shè)備、測試環(huán)境進行對比,對其中存在的差異性進行了初步判定,發(fā)現(xiàn)主要集中在以下幾點:

        表2 PCU 系統(tǒng)裝前測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計

        1) PCU 子系統(tǒng)裝前和裝后測試方法具有差異性,自小批生產(chǎn)開始,測試方法完全統(tǒng)一;

        2) PCU 系統(tǒng)裝前和裝后測試設(shè)備(包括桿力-桿位移傳感器)不完全一致,可能導(dǎo)致測量結(jié)果差異;

        3) 不同測量人員對測試結(jié)果會產(chǎn)生不同的影響(包括人為操作、人為讀數(shù)誤差);

        4) 特設(shè)試驗臺固定同一套桿系進行裝前試驗,桿系摩擦力相對固定,實際現(xiàn)場飛機狀態(tài)不同,桿系的摩擦力也會不同(都在合格范圍內(nèi)),對測量結(jié)果會產(chǎn)生一定的影響。

        4.3 PCU 系統(tǒng)成件分析

        在小批飛機生產(chǎn)過程中,針對PCU 系統(tǒng)駕駛桿空行程、啟動力、操縱力超差等批次性成品問題,工作人員對駕駛桿進行了返廠調(diào)試修理,為查找駕駛桿產(chǎn)品問題,主機技術(shù)人員赴成品廠與廠家人員共同查找PCU 系統(tǒng)駕駛桿空行程、啟動力、操縱力超差可能形成的原因,最后歸納成以下四點:

        1) 橫向后艙空行程:前/后艙駕駛桿組件中使用的關(guān)節(jié)軸承因研磨過度后出現(xiàn)較大軸向活動間隙,導(dǎo)致系統(tǒng)空行程超差。

        2) 橫向啟動力偏大:前/后艙駕駛桿組件轉(zhuǎn)盒內(nèi)部分軸承未充分潤滑,駕駛桿組件的防塵套在操縱時對駕駛桿有輕微牽扯。

        3) T 點未與對稱軸線重合:駕駛桿橫向T 點中立位置檢查不到位。

        4) 縱向最大操縱力偏?。嚎v向載荷機構(gòu)的標(biāo)稱值折算至縱向T 點的力值偏小約3%;縱向調(diào)效機構(gòu)和前艙駕駛桿轉(zhuǎn)盒剛度較弱對操縱力的影響約2%;導(dǎo)致前艙駕駛桿縱向操縱力偏小約5%。

        將小批生產(chǎn)的飛機駕駛桿返廠進行復(fù)測,發(fā)現(xiàn)由于上述四點原因造成駕駛桿批次性質(zhì)量問題,大部分駕駛桿不合格,影響裝機后測試結(jié)果。

        4.4 分析結(jié)果

        從上述原因分析可以基本得出,造成飛機駕駛桿裝后超差審理的幾點重要因素如下:

        1) 軸承的安裝會影響拉桿的力矩, 拉桿的力矩會對啟動力、操縱力有一定影響。

        2) 前期研制階段缺少裝前測試設(shè)備,駕駛桿、腳蹬等成件產(chǎn)品質(zhì)量未做控制。

        3) 駕駛桿質(zhì)量不穩(wěn)定。

        4) PCU 子系統(tǒng)測試方法存在差異。

        5 PCU 系統(tǒng)故障改進措施

        綜合上述分析,通過對座艙桿系裝配過程、成品質(zhì)量以及裝前、裝后試驗等三個環(huán)節(jié)加強控制,提出以下改進措施:

        1) 要求部裝廠從01 架開始,按設(shè)計規(guī)范要求進行前、后艙聯(lián)動桿系摩擦力檢查。

        2) 在部裝壓完軸承襯套的拉桿交付到總裝階段,要嚴(yán)格控制多余物,不允許任何異物掉落進軸承襯套內(nèi)。

        3) 裝前、裝后測試PCU 系統(tǒng)工藝方法要完全統(tǒng)一。 明確測試次數(shù)不小于3 次,且連續(xù)測試的合格率應(yīng)為100%,反之則測試次數(shù)應(yīng)不小于5 次,連續(xù)測試合格率應(yīng)不小于70%。

        4) 由于同一個人操作特設(shè)裝前測試設(shè)備和總裝測試設(shè)備,數(shù)據(jù)都無法做到一致性。 工程技術(shù)部門發(fā)文明確裝前試驗室完成裝前測試設(shè)備的優(yōu)化,要求裝前測試夾具和力傳感器必須與總裝廠一致,以此來保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、唯一性。

        5) 駕駛桿本身的8 個安裝孔相對位置穩(wěn)定性差,現(xiàn)行采用的是配鉆地板安裝孔,互換性差,現(xiàn)已定制廠際協(xié)調(diào)模板協(xié)調(diào)制出駕駛桿和座艙地板的安裝孔,從而實現(xiàn)駕駛桿的互換。

        6 PCU 系統(tǒng)故障改進措施效果評估

        上述工藝改進措施已經(jīng)實施,后續(xù)生產(chǎn)10 架飛機的測量數(shù)據(jù)顯示,駕駛桿橫向靜態(tài)特性裝機后全部合格,具體數(shù)據(jù)見表3。

        表3 駕駛桿靜態(tài)特性檢查結(jié)果

        7 結(jié)語

        本文針對某型飛機PCU 系統(tǒng)測試過程中出現(xiàn)的一系列超差審理等問題,組織對問題進行了查證和改進,通過與承制廠的廠際協(xié)調(diào)解決了PCU 成品的問題,同時采取了相應(yīng)的工藝改進措施,解決了操作手法、測量手段等方面的問題。對后續(xù)飛機的跟蹤驗證表明措施有效,已基本解決某型飛機研制以來PCU 系統(tǒng)存在的一系列問題,為解決同類故障提供了借鑒。

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