安卓玉 雷春牛 孫亞南 胡偉紅 宋悅

摘要：某型飛機(jī)在舵機(jī)檢修過程中出現(xiàn)回中時(shí)間測(cè)試超差的故障，重新調(diào)整回中機(jī)構(gòu)的中立位置，故障仍未得到徹底解決。通過分析舵機(jī)回中機(jī)構(gòu)的裝配過程和工作原理及它們之間的相互關(guān)系，確定了故障排查思路和故障產(chǎn)生的根源，提出了故障處理的措施和方法，為后續(xù)類似舵機(jī)故障的分析提供參考。

關(guān)鍵詞：回中時(shí)間；中位鎖閥；回中彈簧組件；內(nèi)螺帽

Keywords：returning time；locking valve of neutral position；subassembly of returning spring；inside nut

0 引言

21世紀(jì)以來，隨著航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，飛行器的安全性有了明顯的提高，但飛行器安全事故仍層出不窮[1]。據(jù)Planecrashinfo.com網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)，機(jī)械部件故障是導(dǎo)致飛行器安全事故的重要因素之一，占比高于20%，僅次于飛行員人為失誤。飛行器的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中存在大量齒輪、軸、軸承、葉片等關(guān)鍵機(jī)械部件，一方面，這些關(guān)鍵部件直接影響飛行器子系統(tǒng)甚至飛行器整體的性能，另一方面，這些關(guān)鍵零部件長(zhǎng)期運(yùn)行于高溫、高速、重載荷、大擾動(dòng)和強(qiáng)沖擊的復(fù)雜頻變工況中，不可避免地出現(xiàn)性能退化而引發(fā)各類故障。為了保障飛行器的飛行安全，必須重視零部件級(jí)的故障診斷。本文針對(duì)某型飛機(jī)舵機(jī)回中時(shí)間超差問題，結(jié)合回中機(jī)構(gòu)工作原理，采用故障樹分析方法對(duì)故障進(jìn)行詳細(xì)的層次分析與排除，最終將故障原因定位為內(nèi)螺帽厚度尺寸偏小。

1 故障現(xiàn)象

為了保障飛機(jī)飛行安全，需要對(duì)其進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)。某次飛行任務(wù)前，一架某型飛機(jī)在PBIT（飛行前自檢測(cè)）過程中，飛控系統(tǒng)報(bào)“ELDW”故障代碼，故障名稱為“左平尾主舵機(jī)故障”，因此將此臺(tái)舵機(jī)返廠檢修。

在舵機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上復(fù)測(cè)發(fā)現(xiàn)回中時(shí)間超差，如圖1所示。測(cè)試表明舵機(jī)從電磁閥斷開到回到中立位置所用時(shí)間超過了規(guī)定的0.15s回中時(shí)間，將無法保證當(dāng)飛控系統(tǒng)不工作或舵機(jī)發(fā)生二次故障后的飛行安全。

2 回中機(jī)構(gòu)工作原理

該型舵機(jī)是自監(jiān)控型主/備式液壓余度舵機(jī)，是一種兩余度電液位置伺服控制裝置。該舵機(jī)是某型飛機(jī)飛控系統(tǒng)的配套部件，用于飛控系統(tǒng)的縱橫向通道。其中，縱向通道用兩臺(tái)平尾舵機(jī)操縱兩臺(tái)縱向助力器分油活門，并通過這兩臺(tái)助力器操縱左右兩邊的升降舵；橫向通道采用兩臺(tái)副翼舵機(jī)分別操縱兩臺(tái)橫向助力器分油活門，進(jìn)而操縱飛機(jī)的左右兩邊副翼。該舵機(jī)是故障/工作式余度舵機(jī)，可檢測(cè)出整個(gè)伺服系統(tǒng)回路內(nèi)的各類故障，并實(shí)現(xiàn)一次故障后不降性能繼續(xù)工作，二次故障后安全（即通過操縱從液壓助力器將飛機(jī)相應(yīng)舵面拉回到中位的性能）。在飛控系統(tǒng)不工作或二次故障后，舵機(jī)活塞輸出桿均被鎖在中立位置，為飛機(jī)操縱系統(tǒng)提供堅(jiān)固支點(diǎn)，不影響駕駛員通過助力器操縱飛機(jī)舵面，舵機(jī)正常工作時(shí)駕駛員仍然可以參與操縱飛機(jī)舵面。在飛控系統(tǒng)工作時(shí)，舵機(jī)受控于系統(tǒng)的指令信號(hào)，輸出桿做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)以隨動(dòng)指令信號(hào)，進(jìn)而通過助力器推動(dòng)飛機(jī)相應(yīng)翼面實(shí)現(xiàn)預(yù)定的飛行。

舵機(jī)中一個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障后，切斷故障系統(tǒng)，這時(shí)如另一個(gè)系統(tǒng)又發(fā)生故障，兩個(gè)旁通閥將各自的活塞（主活塞、副活塞）旁通成浮動(dòng)狀態(tài)，回中彈簧組件克服摩擦力和負(fù)載力，將舵機(jī)輸出桿迅速拉到舵機(jī)中位，并由微動(dòng)電門將對(duì)應(yīng)的電磁閥線圈斷電，從而關(guān)閉輸入舵機(jī)工作中的高壓油源，中位鎖閥失去高壓油源的供油，在壓縮彈簧的作用下，鎖閥閥芯移動(dòng)，將舵機(jī)輸出桿牢固地鎖在舵機(jī)中位，如圖2所示。

3 故障定位分析

故障樹分析法是描述對(duì)象結(jié)構(gòu)、功能和關(guān)系的一種定性因果模型，體現(xiàn)了故障傳播的層次性以及子節(jié)點(diǎn)與父節(jié)點(diǎn)之間的因果關(guān)系[2]。結(jié)合故障樹分析法和上述舵機(jī)工作原理建立故障樹，頂事件為“回中時(shí)間超差故障”，底事件分別為“中位鎖閥閥芯、閥套表面劃傷”“中位調(diào)整不到位”“回中彈簧組件與主活塞的相對(duì)位置變化”“活塞、套筒表面劃傷”“活塞、套筒密封圈翻邊或起毛”，如圖3所示，并對(duì)其逐一進(jìn)行分析。

3.1 中位鎖閥閥芯與閥套卡滯故障定位分析

依據(jù)回中機(jī)構(gòu)工作原理，初步假設(shè)導(dǎo)致回中時(shí)間超差的可能原因?yàn)椋褐形绘i閥閥芯在運(yùn)動(dòng)過程中，閥芯與閥套之間卡滯，導(dǎo)致閥芯不能及時(shí)下鎖。分解中位鎖閥閥芯，使閥芯在閥套里來回移動(dòng)，確有卡滯現(xiàn)象；繼續(xù)分解鎖軸，使閥芯單獨(dú)在閥套里運(yùn)動(dòng)，可以均勻滑動(dòng)且無滯澀現(xiàn)象，說明此故障并非閥芯與閥套之間的卡滯所引起。此外，在顯微鏡下觀察中位鎖閥閥芯、閥套表面的質(zhì)量，均無劃傷現(xiàn)象。故排除回中時(shí)間超差故障由中位鎖閥閥芯、閥套表面劃傷引起的可能性。

3.2 活塞與套筒間運(yùn)動(dòng)摩擦力大故障定位分析

現(xiàn)有修理工藝中，遇到回中時(shí)間超差故障時(shí)，常采用研磨拋光活塞、套筒工作表面或更換其密封圈來排除故障，主要是針對(duì)下面的兩種故障原因。

1）活塞、套筒表面劃傷

針對(duì)可能存在的活塞、套筒表面劃傷問題，分解各活塞與套筒并在顯微鏡下觀察，未發(fā)現(xiàn)其工作表面存在嚴(yán)重壓坑、腐蝕和手指甲能感覺到的劃傷痕跡，利用粗糙度輪廓測(cè)量?jī)x測(cè)量活塞與套筒的工作表面，粗糙度優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，符合工藝要求。故排除了因活塞、套筒表面劃傷使摩擦力增大導(dǎo)致的回中時(shí)間超差的可能性。

2）活塞、套筒密封圈翻邊或起毛

分解各活塞、套筒的密封圈并在顯微鏡下觀察，所有密封圈均無翻邊或起毛現(xiàn)象，各活塞、套筒的密封圈質(zhì)量完好，不會(huì)使活塞、套筒之間的摩擦力增大而造成回中時(shí)間超差。因而排除了活塞、套筒密封圈翻邊或者起毛導(dǎo)致的回中時(shí)間超差的可能性。

3.3 中位鎖閥閥芯與鎖軸卡滯故障定位分析

既然閥芯運(yùn)動(dòng)卡滯不是由閥芯與閥套之間的相互卡滯引起，根據(jù)故障樹分析結(jié)果，回中時(shí)間超差可能是由閥芯和鎖軸之間的相互卡滯所導(dǎo)致，因?yàn)殚y芯在舵機(jī)里只與閥套和鎖軸有相互卡滯的可能。造成中位鎖閥閥芯與鎖軸卡滯故障的原因有下面兩種。

1）中位調(diào)整不到位

重新調(diào)整中位使閥芯與鎖軸的卡滯現(xiàn)象消失，在試驗(yàn)臺(tái)上測(cè)試，第一次測(cè)試時(shí)回中時(shí)間合格，之后再進(jìn)行第二次測(cè)試，回中時(shí)間超差。為消除測(cè)試過程中出現(xiàn)的偶然性因素，進(jìn)行了多次重復(fù)試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果始終超差，故障再次出現(xiàn)。因此得出故障并非由中位調(diào)整不到位引起。

2）回中彈簧組件與主活塞的相對(duì)位置變化

上述試驗(yàn)中故障復(fù)現(xiàn)，因此重新分解閥芯，閥芯運(yùn)動(dòng)再次出現(xiàn)卡滯現(xiàn)象，依然是閥芯與鎖軸之間有摩擦導(dǎo)致卡滯。在已經(jīng)重新調(diào)好中位的情況下再次卡滯，說明主活塞的中立位置在運(yùn)動(dòng)后發(fā)生變化，因?yàn)橹骰钊c回中彈簧組件組成的整體決定了舵機(jī)的中位（所涉及螺釘、螺母均固緊），故存在這種可能：回中彈簧組件與主活塞的軸向相對(duì)位置在運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生變化導(dǎo)致回中時(shí)間超差。

為驗(yàn)證上述假設(shè)，在從主活塞分解回中彈簧組件的過程中給連接螺桿尾端施加一個(gè)來回的軸向力，發(fā)現(xiàn)回中彈簧組件在主活塞中可以輕微軸向運(yùn)動(dòng)。其中內(nèi)螺帽1處于固緊狀態(tài)，說明此時(shí)相對(duì)位置的變化是由于回中彈簧組件與內(nèi)螺帽1沒有軸向貼緊所致。根據(jù)上述分析，導(dǎo)致回中時(shí)間超差的原因可能有兩個(gè)，一是內(nèi)螺帽厚度偏小；二是回中彈簧組件的兩個(gè)彈簧座之間的距離小于指標(biāo)值。測(cè)量?jī)?nèi)螺帽1的厚度、彈簧座之間的距離，發(fā)現(xiàn)彈簧座之間的距離尺寸符合工藝要求，因此將內(nèi)螺帽1更換為尺寸較厚的后再次裝配進(jìn)行試驗(yàn)，觀察發(fā)現(xiàn)回中彈簧組件在主活塞內(nèi)不再有軸向移動(dòng)，重調(diào)中位后上臺(tái)試驗(yàn)，回中時(shí)間經(jīng)多次測(cè)試均合格，確定故障已排除。

在以上故障定位分析中，將回中機(jī)構(gòu)的工作原理與故障樹分析方法相結(jié)合，通過層次分解的方法確定了可能存在的故障原因，經(jīng)過逐一排除后最終定位在內(nèi)螺帽1上。故障原因是內(nèi)螺帽1的厚度偏小，導(dǎo)致回中彈簧組件與主活塞的軸向相對(duì)位置在舵機(jī)工作時(shí)發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致鎖閥閥芯與鎖軸卡滯，造成回中時(shí)間超差。

4 結(jié)論

回中時(shí)間超差是此型舵機(jī)常見故障，一直沒有有效的排故方法。以往采用的通過研磨拋光活塞、套筒工作表面或者更換密封圈的方法排故過程耗時(shí)、費(fèi)力且效果不夠理想。本文通過對(duì)回中機(jī)構(gòu)的工作原理進(jìn)行分析，并采用故障樹分析的方法梳理出了故障處理思路和解決方法，方向性強(qiáng)，排故效率更高，可為后續(xù)該型舵機(jī)類似故障的處理提供理論支持和經(jīng)驗(yàn)借鑒。

參考文獻(xiàn)

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[2]柳煬. 基于故障樹分析的水泵水輪機(jī)故障診斷方法研究及應(yīng)用[D].武漢：華中科技大學(xué)，2019.