某型教練機發(fā)動機操縱系統(tǒng)油門桿操縱力偏大問題分析

劉詠梅

（洪都航空工業(yè)集團,南昌330024）

0 引言

某型教練機發(fā)動機操縱系統(tǒng)技術(shù)條件規(guī)定，油門桿從“停車”到“慢車”（或相反）的操縱力不大于13kg，與改裝前的飛機相同。但該型教練機在廠內(nèi)交付驗收時，驗收方發(fā)現(xiàn)發(fā)動機操縱系統(tǒng)油門桿操縱時普遍偏緊，油門桿從停車位推向慢車位時操縱力偏大，實測發(fā)現(xiàn)大部分飛機操縱力均超過了規(guī)定值要求。為此，需要對該問題進行研究分析，以查明問題原因，研究制定相應(yīng)的解決措施。

1 某型教練機油門操縱結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

1.1 油門操縱結(jié)構(gòu)

某型教練機是在某型飛機上進行改裝的，兩型飛機的發(fā)動機操縱系統(tǒng)在座艙、機背前的布置分別如圖1、圖2所示。從圖1、圖2可以看出，與改裝前的某型飛機相比，某型教練機前后座艙之間、機背前發(fā)動機操縱系統(tǒng)的不同之處有：

1）增裝了1套后艙左右油門桿；

2）增裝了1個支座、4根拉桿、以及8處拉桿與搖臂接合處。

在不考慮制造、裝配誤差時，增裝的8處拉桿與搖臂接合處采用球軸承或球狀活動關(guān)節(jié)的連接形式，對系統(tǒng)的操縱力影響較小。

增裝的后艙油門桿的結(jié)構(gòu)形式同前艙油門桿，為防止油門桿由于飛機振動發(fā)生危險位移，其油門桿本身須有一定的摩擦力要求[1]，即不連接拉桿時操縱力為（2±0.5） kg。

除上述新增操縱系統(tǒng)構(gòu)件，以及新增操縱系統(tǒng)構(gòu)件后為適應(yīng)發(fā)動機操縱要求少量調(diào)整座艙前的支座搖臂外，從機背后到發(fā)動機艙的發(fā)動機操縱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、搖臂與拉桿的接合形式保持不變。

1.2 油門操縱力技術(shù)要求

某型教練機的油門操縱力設(shè)計允許值與改裝前的某型飛機相同。在任何情況下，油門操縱手柄均為操縱力的作用點，操縱力的方向沿油門操縱手柄推拉圓弧的切線方向，操縱力大小規(guī)定為：

1） 未連接拉桿系統(tǒng)時為（2±0.5） kg；

2）連接拉桿系統(tǒng)后，左、右油門操縱手柄同時進行操縱時：

（1） “停車”到“慢車”（或相反），不大于 13 kg；

（2）“慢車”到“額定”（或相反）：不大于 12 kg。

圖1 改裝前的某型飛機發(fā)動機操縱系統(tǒng)示意（座艙段、機背前）

圖2 某型教練機發(fā)動機操縱系統(tǒng)示意（座艙段、機背前）

2 油門桿操縱力分析

2.1 某型教練機機背前停車位置傳動關(guān)系分析

為分析某型教練機機背前停車位置傳動關(guān)系，先以改裝前的某型飛機座艙油門桿支座為例說明操縱系統(tǒng)作用力的傳動關(guān)系，如圖1所示。

當左發(fā)動機在停車位時，已知桿1有效臂長為L1=175 mm，桿2有效臂長為L2=47.516 mm；假設(shè):垂直作用在左發(fā)油門桿上的力F1=1 kg；依據(jù)同一支座上力矩相等原則， 即 F1·L1=F2·L2；可知：F2=F1·L1/L2=4.11 kg，即桿2力為4.11 kg。依此類推，可得其它各桿上的作用力及傳動關(guān)系（表1）。

表1 改裝前的某型飛機機背前停車位置傳動關(guān)系

同樣可以得出某型教練機機背前停車位置傳動關(guān)系（表2）。

表2 某型教練機機背前停車位置傳動關(guān)系

2.2 傳動關(guān)系變化對操縱力的影響

當作用在改裝前的某型飛機油門桿操縱力為13kg時，在不考慮油門桿本身摩擦力的情況下，在停車位置分別推左、右發(fā)油門桿的操縱力為5.25 kg（（13-2.5）/2=5.25 kg），通過表 1中改裝前的某型飛機左、右發(fā)傳動關(guān)系可知，左發(fā)桿6的力為18.113kg、右發(fā)桿6的力為15.49 kg。

某型教練機出座艙到飛機機背后的第一根拉桿為桿7。當某型教練機左發(fā)桿7的力為18.113 kg、右發(fā)桿7的力為15.49 kg時，通過表2中某型教練機左、右發(fā)傳動關(guān)系可知，左發(fā)油門桿操縱力為5.51kg、右發(fā)油門桿操縱力為4.73 kg，共約10.3 kg。

因此在不考慮后艙油門桿及桿8時，作用在前艙油門桿的力為 12.8 kg（10.3+2.5=12.8kg）。

2.3 后艙油門桿對操縱力的影響

前、后艙油門桿之間的傳動關(guān)系見表3。

表3 某型教練機前后艙油門桿停車位置傳動關(guān)系

當作用在后艙油門桿的操縱力為2.5 kg時，通過上述傳動關(guān)系計算可知，前艙左發(fā)操縱桿力為1.2kg、右發(fā)為 1.1 kg，共計 2.3 kg。

2.4 某型教練機油門桿操縱力計算結(jié)果

不考慮新增操縱構(gòu)件的摩擦力以及制造、裝配誤差對操縱力的影響，某型教練機發(fā)動機操縱系統(tǒng)操縱力為 15.1kg（12.8+2.3=15.1kg）。

2.5 試驗驗證情況

為驗證某型教練機新增操縱構(gòu)件對油門桿操縱力的影響，對廠內(nèi)10架某型教練機進行了油門操縱力測量，結(jié)果如表4、表5、表6所示。

表4 發(fā)動機操縱系統(tǒng)完好狀態(tài)下的操縱力

表5 斷開后艙油門桿的操縱力

表6 增裝后艙油門桿對操縱力的影響

從測量結(jié)果可知，除4#機、6#機外，其余8架飛機在發(fā)動機操縱系統(tǒng)完好的狀態(tài)下，油門桿從停車推到慢車位置的操縱力均大于13kg，不滿足現(xiàn)行技術(shù)條件的規(guī)定。但油門桿從慢車推到額定位置的操縱力滿足不大于12kg的要求。

在斷開后艙油門桿的狀態(tài)下測量前艙油門桿操縱力，大部分飛機的油門桿從停車位置推到慢車位置操縱力均滿足不大于13kg的要求。

對比兩種狀態(tài)下的測量結(jié)果發(fā)現(xiàn):增裝后艙油門桿后，油門操縱力實際增大為0.5kg～3.2kg，因此證實了新增操縱構(gòu)件對某型教練機油門桿操縱力確實存在一定影響。

2.6 操縱力統(tǒng)計分析

圖3 油門桿操縱力增量正態(tài)分布

由樣本值(表6中停車至慢車區(qū)域雙發(fā)操縱力增量)計算得：

基于給定樣本的總體方差

故μ的置信水平為0.8時的置信區(qū)間為：

即：某型教練機新增操縱構(gòu)件后，在置信水平為80%時，操縱力增量最大為2.57 kg（圓整為2.5kg），因此，前艙操縱力為 15.5 kg（13+2.5=15.5 kg）。

通過上述操縱力傳動關(guān)系分析計算，某型教練機前艙操縱力為15.1kg（未考慮摩擦力以及制造、裝配誤差對操縱力的影響）；同時通過試驗驗證及對試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，前艙操縱力為15.5kg。所以，在計入摩擦力以及制造、裝配誤差對操縱力的影響后，同時操縱左右發(fā)動機油門桿從停車推到慢車位置的操縱力應(yīng)為15.5kg。

3 油門桿操縱力偏大問題影響分析

因新增操縱構(gòu)件導致油門桿操縱力增加后，對飛機使用是否有影響需進行危害性分析。

由于目前狀態(tài)下，僅是在同時操縱左右油門桿從停車位推到慢車位時，油門桿操縱力偏大；而從慢車位置以后，油門桿操縱力均滿足技術(shù)條件的規(guī)定。因此需從空中、地面的使用情況來分析油門操縱力的增大對起動發(fā)動機的影響。

3.1 空中起動發(fā)動機

如出現(xiàn)單臺發(fā)動機空中停車的應(yīng)急情況，從表4的測量結(jié)果可看出，僅操縱左發(fā)或右發(fā)時，油門桿從停車位置推到慢車位置的操縱力均小于10kg，因此不會對飛行員操作帶來影響。

如果出現(xiàn)兩臺發(fā)動機同時空中停車的極端情況，受蓄電瓶容量限制，也應(yīng)對單臺發(fā)動機進行空中起動操作，因此目前同時操縱左右油門桿從停車位推到慢車位置時油門桿操縱力偏大的情況不會對飛機員的使用造成影響。

3.2 地面起動發(fā)動機

按某型教練機技術(shù)說明書的規(guī)定，地面需進行雙發(fā)起動操作，目前狀態(tài)下操縱力雖然超出技術(shù)條件規(guī)定的允許值，但經(jīng)我廠地勤人員實際操作驗證，為可操作的狀態(tài)，不影響部隊地勤人員地面開車時的操作>。

因此，經(jīng)分析某型教練機目前狀態(tài)下在操縱雙發(fā)起動、油門桿從停車位推到慢車位時，油門桿操縱力偏大的情況不會對飛機的正常使用造成影響。

4 結(jié)語

某型教練機發(fā)動機操縱系統(tǒng)增裝了后艙油門桿及相應(yīng)的操縱系統(tǒng)構(gòu)件，但操縱力沿用了某型單艙飛機規(guī)定，未考慮新增操縱構(gòu)件（包含后艙油門桿）對油門桿操縱力的影響，因此，需重新規(guī)定某型教練機油門桿操縱力的設(shè)計允許值。

通過對空中和地面發(fā)動機起動的實際使用狀態(tài)進行分析，操縱雙發(fā)油門桿從停車位推到慢車位時操縱力的增大不會對飛機的正常使用產(chǎn)生影響。

因此，根據(jù)新增操縱機構(gòu)后油門桿傳動關(guān)系對操縱力的影響分析與計算及實際測量的操縱力增量統(tǒng)計分析與計算，擬發(fā)出更改單更改技術(shù)條件，將左、右油門操縱手柄同時進行操縱時“停車”到“慢車”（或相反）的操縱力由不大于13kg改為不大于15.5kg。對實際操縱力大于15.5kg的飛機，需對發(fā)動機操縱系統(tǒng)進行調(diào)整。

[1]飛機設(shè)計手冊總編委會.飛機設(shè)計手冊.北京：航空工業(yè)出版社,2006.