嚴山欽,郭 輝,婁雷亭,王奉龍,劉虎騰
(1.中航飛機起落架有限責任公司,陜西 漢中 723200;2.空裝駐漢中地區(qū)軍事代表室,陜西 漢中 723200)
起落架是飛機的一個重要組成系統(tǒng),供飛機在地面停放、滑行、起飛著陸滑跑時用于支承飛機重力,承受相應(yīng)載荷的裝置,須具有良好的操縱性、穩(wěn)定性和安全性。起落架著陸系統(tǒng)是飛機關(guān)鍵承力部件,在飛機安全起降過程中擔負著極其重要的使命,而緩沖器又是起落架必備的通用部件,其主要功能是吸收飛機在著陸和滑行期間的動能,減弱飛機由于撞擊而引起的顛簸跳動。某型號飛機在例行檢查時,發(fā)現(xiàn)主起緩沖器存在壓降及油液微量泄漏現(xiàn)象,雖然產(chǎn)品經(jīng)過返廠復(fù)試,密封性能指標滿足設(shè)計要求,但是產(chǎn)品壓力下降問題未得到有效排除。緩沖器壓力下降直接影響著飛機的著陸和滑行安全,嚴重時會造成起落架功能性失效[1-3]。為此,有必要對緩沖器壓力下降及油液微量泄漏故障進行深入研究,精確定位,從根源上解決。
緩沖器安裝于飛機主起落架部位,屬于起落架部件重要的組成部件(見圖1),主要由外筒、活塞桿、密封組件等元件組成。該型號起落架緩沖器為帶有活動密封組、等截面的油孔及活塞的阻尼裝置,正、反行程時均可起到阻滯緩沖的作用,屬典型的油液-氮氣式緩沖結(jié)構(gòu),其在氮氣和油液沖注方面有著嚴格的數(shù)值要求。當飛機落地時,緩沖器處于壓縮運動狀態(tài)時,活塞桿向右移動,腔內(nèi)的氣體被壓縮,油液通過緩沖器內(nèi)部的阻尼孔運動吸收能力,從而實現(xiàn)緩沖、減震作用;當飛機起飛時,外界對緩沖器的壓載荷將釋放,緩沖器處于伸展運動狀態(tài)時,腔內(nèi)的壓縮氣體被釋放,油液高速通過節(jié)流孔,摩擦生熱,消耗能量,以達到減小撞擊及振動[4-6]。
圖1 緩沖器簡圖
緩沖器壓力下降直接影響到飛機起飛、著陸的平穩(wěn)性和安全性;油液微量泄漏易造成油液浪費、周圍環(huán)境污染,嚴重時可引發(fā)零部件功能失常,且在裝配環(huán)節(jié)不易發(fā)現(xiàn)。為定位故障原因,解決緩沖器油液微量泄漏、掉壓問題,對返廠故障件開展了如下工作。
氣密試驗檢查操作如下。
1)測量返廠的緩沖器內(nèi)的氣壓值,技術(shù)指標5~5.05 MPa,實測氣壓值為4.9 MPa,不符合技術(shù)要求。
2)依據(jù)產(chǎn)品驗收技術(shù)條件,先將緩沖器內(nèi)部氣壓放至0 MPa,排盡腔內(nèi)油液;再壓縮緩沖器10 mm,向其充填20.5 MPa氮氣,將緩沖器浸泡在油槽中保持30 min,檢查氣密性,未出現(xiàn)氣體泄漏現(xiàn)象;將緩沖器氣壓降至13.7 MPa后,浸泡在油槽中保持3 h,再次檢查氣密性,緩沖器依然未出現(xiàn)氣體泄漏現(xiàn)象;最后將緩沖器處于全伸長狀態(tài),向其充填5.0 MPa氮氣,浸泡在油槽中保持3 h后,檢查緩沖器氣密性時,仍未出現(xiàn)氣體泄漏現(xiàn)象[7]。
氣密試驗表明:緩沖器密封性完好。為此應(yīng)模擬產(chǎn)品外場使用狀態(tài),增加如下試驗用于復(fù)現(xiàn)故障。
1)緩沖器處于停機壓縮狀態(tài)(活塞桿外露量359 mm)時,向緩沖器充填9 MPa氮氣,將其放置于-50 ℃的環(huán)境下保持24 h;再在自然環(huán)境中升溫12 h,測量緩沖器未出現(xiàn)壓力下降現(xiàn)象。
2)緩沖器處于停機壓縮狀態(tài)(活塞桿外露359 mm)時,用試驗夾具固定后,向緩沖器充填9.5 MPa氮氣,靜置4 h后,將緩沖器壓力調(diào)整至9.0 MPa。將此狀態(tài)緩沖器的活塞桿與水平面成25°角、朝上放置在(20±5) ℃的恒溫間內(nèi)停放2個月。在停放期間,每隔10天測一次緩沖器內(nèi)部氣壓和環(huán)境溫度值,結(jié)果表明緩沖器有壓力下降現(xiàn)象(見表1)。
表1 緩沖器內(nèi)部壓力及環(huán)境溫度隨時間變化值
分解檢查操作如下。
1)將緩沖器分解至零件狀態(tài),目視檢查零件外觀質(zhì)量良好,測量相關(guān)零件的密封配合部位尺寸均合格(見表2)。
表2 零件密封配合部位尺寸檢測值
2)在產(chǎn)品分解過程中,緩沖器環(huán)形空腔內(nèi)流出黑色油水混合液體約550 mL(見圖2)。緩沖器在壓縮與釋放過程中,黑色物質(zhì)(油水混合物)會被間接帶出,在緩沖器孔口部位形成微量泄漏,即油漬現(xiàn)象。緩沖器模擬產(chǎn)品外場使用狀態(tài)后,復(fù)現(xiàn)了壓力下降及微量泄漏故障。
緩沖器密封部位相關(guān)尺寸均合格,表明壓力下降為其他原因。鍍鉻竄氣問題一直是行業(yè)“老大難”,故應(yīng)進一步開展故障件外筒的鉻層竄氣排查工作。將外筒放置于工裝中,向工裝內(nèi)加入20 MPa的氮氣,并向外筒的內(nèi)孔中倒入一定量的液壓油至浸沒外筒內(nèi)孔鍍鉻面,30 min后外筒鉻層出現(xiàn)“冒汗”現(xiàn)象,鉻層竄氣故障發(fā)生(見圖3)。
圖3 外筒漏氣照片
緩沖器外筒內(nèi)孔鉻層厚度為20~40 μm。在標準鍍鉻工藝條件下,由于鍍層的晶格轉(zhuǎn)變使鍍鉻層具有很高的內(nèi)應(yīng)力,當鍍層厚度超過0.5 μm時,鉻層產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋。根據(jù)鉻層竄氣經(jīng)驗可知:鉻層厚度越大,微觀穿透裂紋就越多,竄氣發(fā)生的概率就越高。緩沖器在氣密檢查時,若外筒鉻層網(wǎng)狀裂紋之間已相互貫通,氣體會從網(wǎng)狀裂紋的高壓區(qū)流動至低壓區(qū),在環(huán)形空腔處發(fā)生“微漏氣”。緩沖器出廠驗收試驗時,未發(fā)現(xiàn)掉壓現(xiàn)象的主要原因如下:技術(shù)條件要求的氣密試驗時間較短,密封部位距離緩沖器有一段空腔,間接成為了鉻層竄氣的“蓄壓瓶”。當密封部位鉻層發(fā)生竄氣時,外筒空腔的氣體需要積累到一定數(shù)量,才會從外筒孔口處溢出。因此,在試驗規(guī)定的觀察時間內(nèi)很難檢測到外筒鉻層竄氣問題。
1)按照未排余油的氣密試驗工藝流程進行操作(在環(huán)形空腔內(nèi)未注入7254潤滑脂),將緩沖器復(fù)裝,在未壓縮緩沖器工況下,填充6.05 MPa氮氣。先將緩沖器水平浸泡在裝甲槽的油液中,保持7 h;隨后從油液中取出,擦凈外表面,將其活塞桿朝上傾斜(傾斜角約30°),擦干大螺母凹槽上端面的油液,放置12 h后,觀察外筒孔口處油液流出(見圖4)并收集油液約400 mL;最后,分解檢查環(huán)形空腔發(fā)現(xiàn)仍存余油約420 mL,這表明:前期氣密試驗時,大量油液進入環(huán)形空腔,且工藝流程中未安排排油工序,導致緩沖器環(huán)形空腔內(nèi)存有余油,在未注潤滑脂時就容易發(fā)生油液泄漏[8]。
圖4 外筒孔口處油液大量流出
2)按照未排余油的氣密試驗工藝流程再次進行操作(環(huán)形空腔內(nèi)注入7254潤滑脂),將緩沖器水平浸泡在裝甲槽的油液中,保持7 h后從油液中取出,通過注油嘴注入7254潤滑脂[9-10]。先將緩沖器活塞桿朝上傾斜(傾斜角約30°),擦干大螺母凹槽上端面的油液,放置12 h,觀察外筒孔口螺紋處有微量油液滲出(見圖5);再次擦干油液后,靜置12 h,未發(fā)生余油滲出現(xiàn)象,分解檢查環(huán)形空腔內(nèi)存余油約800 mL。
圖5 外筒孔口螺紋處有微量油液滲出
經(jīng)上述試驗可知:原工藝流程未安排排除組件內(nèi)存油的工步,在緩沖器孔口注入潤滑脂后,存油被潤滑脂密封在了環(huán)形空腔內(nèi),經(jīng)過一段時間起飛、飛行及著陸,隨著溫差驟變,有少量的水會被活塞桿帶入空腔內(nèi),固態(tài)潤滑脂也會得到稀釋,緩沖器壓縮或伸展以及飛行過程中存在震動,當環(huán)形空腔內(nèi)的液體較多時,打破了緩沖器環(huán)形腔內(nèi)的存油平衡,最終致使環(huán)形空腔內(nèi)的存油滲出。
1)針對鉻層竄氣問題。一方面加強零件鍍覆前的表面粗糙度,控制電鍍過程工藝參數(shù);另一方面,為保證外筒鉻層氣密性的可靠性與穩(wěn)定性,增加外筒鉻層的氣密性檢查,避免鉻層竄氣引發(fā)的返修、返工,排除外場使用過程中可能發(fā)生的掉壓故障。
2)針對油液微量泄漏問題??赏ㄟ^工藝改進,在產(chǎn)品氣密性試驗后,使用工業(yè)酒精清除外筒孔口至活塞桿密封部位環(huán)形空腔中的殘留液壓油,并吹干環(huán)形空腔,進行內(nèi)窺鏡檢查,確保產(chǎn)品內(nèi)部無殘留油液。
3)工藝驗證。對工藝改進后交付的起落架緩沖器進行狀態(tài)跟蹤,截至發(fā)文之日(近8個月),外場再未發(fā)生此類故障,間接證明工藝改進方法正確,措施有效。
緩沖器發(fā)生的油液微量泄漏是飛機起落架中比較罕見的故障現(xiàn)象,在裝配、維修過程中不易發(fā)現(xiàn),還容易被誤判為密封失效,導致故障診斷困難。鉻層竄氣與密封失效是起落架掉壓故障的主要原因[11]。本文按產(chǎn)品技術(shù)要求進行了相關(guān)檢查,提出了組件鉻層竄氣測試的方法和工藝改進的方向。