Cessna172R型飛機(jī)前起落架原理及故障分析

摘要：隨著Cessna172R飛機(jī)使用時(shí)間的逐漸增加，飛機(jī)前起落架系統(tǒng)已出現(xiàn)大量故障。其主要表現(xiàn)為起落架減震支柱液壓油滲漏、轉(zhuǎn)彎困難、遲緩、機(jī)輪擺震等。文章論述了通過(guò)對(duì)飛機(jī)前起落架系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成原理、故障現(xiàn)象以及故障原因的分析，能快速準(zhǔn)確地對(duì)故障作出判斷，提高故障排除效率，同時(shí)能提高前起落架系統(tǒng)維護(hù)的可靠性，保證飛機(jī)運(yùn)行安全。

關(guān)鍵詞：磨損；卡阻；變形；扭曲；缺損；定中性分析；減擺器原理

中圖分類號(hào)：V226 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）10-0052-02

1 前起落架結(jié)構(gòu)組成及原理功能

Cessna172R型飛機(jī)有一個(gè)可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能的前起落架結(jié)構(gòu)，與方向舵腳蹬扭力管連接進(jìn)行地面操縱。其主要部件包括緩沖支柱、扭力連桿（防扭臂）、轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)、減擺器、機(jī)輪等組件。緩沖支柱由上部和下部缸筒構(gòu)成，包含液壓油和高壓氮?dú)?，飛機(jī)著陸時(shí)通過(guò)上、下缸筒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)壓縮氣體和限流液壓油的運(yùn)動(dòng)來(lái)吸收能量，起到緩沖減震的功能。防扭臂提供減震支柱上部和下部部件的機(jī)械連接，實(shí)現(xiàn)前機(jī)輪與機(jī)身的定中性以及傳遞轉(zhuǎn)彎作動(dòng)時(shí)的作用力和運(yùn)動(dòng)。前起落架轉(zhuǎn)彎可通過(guò)方向舵腳蹬進(jìn)行操縱，彈簧轉(zhuǎn)彎操縱桿連接前起落架轉(zhuǎn)彎臂組件與方向舵腳蹬扭力管，轉(zhuǎn)彎范圍相對(duì)中立位置每邊大約10°，結(jié)合剎車使用，可獲得向左、右最大30°偏轉(zhuǎn)角。減擺器活塞桿連接于上部支柱低端支板，減擺器殼體連接于轉(zhuǎn)彎臂組件上，滑行時(shí)阻止前機(jī)輪受到?jīng)_擊而產(chǎn)生擺震現(xiàn)象。

2 定中性分析

機(jī)輪、輪叉下部防扭臂、上部防扭臂、轉(zhuǎn)彎臂組件為機(jī)械連接，在支柱軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)副受到一致限制。飛機(jī)起飛后、著陸前，機(jī)輪離開(kāi)地面時(shí)，在支柱內(nèi)部氣體壓力的作用下，支柱的內(nèi)筒沿外筒軸線移動(dòng)、伸長(zhǎng)，從而使上、下部防扭臂運(yùn)動(dòng)張開(kāi)，上部防扭臂繞其上部安裝螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，直到上部防扭臂止動(dòng)凸耳緊貼在支柱外筒下部的定中面上，限制了上部防扭臂繞支柱軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)副，限制轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)組件處于機(jī)身縱向中線位，實(shí)現(xiàn)前起落架機(jī)輪的定中。

3 轉(zhuǎn)彎原理

彈簧轉(zhuǎn)彎操縱桿連接前起落架轉(zhuǎn)彎臂組件與方向舵腳蹬扭力管。當(dāng)操縱方向舵腳蹬時(shí)，力與運(yùn)動(dòng)通過(guò)方向舵扭力管傳遞到彈簧轉(zhuǎn)彎操縱桿上，彈簧轉(zhuǎn)彎操縱桿移動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)彎臂組件繞支柱軸線旋轉(zhuǎn)，通過(guò)上、下防扭臂將力與運(yùn)動(dòng)傳遞到輪叉上，克服機(jī)輪與地面摩擦力的作用，實(shí)現(xiàn)機(jī)輪的轉(zhuǎn)彎偏轉(zhuǎn)。

飛機(jī)在地面滑行正常蹬舵轉(zhuǎn)彎時(shí)，作動(dòng)一側(cè)的動(dòng)作筒在腳蹬機(jī)構(gòu)的作用下產(chǎn)生拉力，使轉(zhuǎn)彎桿殼體運(yùn)動(dòng)，壓縮內(nèi)部彈簧，在克服彈簧彈性變形的情況下，彈簧同時(shí)作用于拉桿，拉桿作用于轉(zhuǎn)彎臂，實(shí)現(xiàn)機(jī)輪轉(zhuǎn)彎功能。

4 轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)過(guò)程

4.1 使用轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)轉(zhuǎn)彎

4.2 使用剎車輔助轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)轉(zhuǎn)彎

當(dāng)使用剎車轉(zhuǎn)彎時(shí)，通過(guò)剎車系統(tǒng)的剎車組件，向偏轉(zhuǎn)方向機(jī)輪剎車盤施加正壓力，使機(jī)輪剎車盤與剎車組件產(chǎn)生摩擦力，機(jī)輪剎車盤受到摩擦力矩作用，增加機(jī)輪與地面的靜摩擦力，從而產(chǎn)生繞機(jī)身縱軸的不平衡轉(zhuǎn)矩，來(lái)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)機(jī)身的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)彎。

5 減擺器原理

減擺器活塞桿連接于上部支柱低端支板，減擺器殼體連接于轉(zhuǎn)彎臂組件上。當(dāng)?shù)孛娌黄秸驓饬魇箼C(jī)輪受到不規(guī)則沖擊作用時(shí)，其受力和運(yùn)動(dòng)通過(guò)轉(zhuǎn)彎臂組件傳遞到減擺器上，當(dāng)減擺器受到瞬時(shí)突然沖擊時(shí)，殼體相對(duì)活塞運(yùn)動(dòng)，通過(guò)壓縮轉(zhuǎn)移內(nèi)部液壓油以及活塞體上的螺旋限流槽來(lái)吸收沖擊的能量，從而起到緩減機(jī)輪受到的沖擊、阻止前起落架機(jī)輪出現(xiàn)擺動(dòng)的現(xiàn)象。

6 故障分析

6.1 轉(zhuǎn)彎遲緩可能原因

（1）轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)各連接件之間間隙較大或傳動(dòng)構(gòu)件出現(xiàn)變形、損壞等，腳蹬轉(zhuǎn)彎作動(dòng)需要先克服間隙或變形運(yùn)動(dòng)，然后再傳遞和承載轉(zhuǎn)彎時(shí)各機(jī)構(gòu)之間的載荷和運(yùn)動(dòng)。

（2）轉(zhuǎn)彎桿內(nèi)部故障，不能將操作指令準(zhǔn)確傳遞到轉(zhuǎn)彎臂組件。

轉(zhuǎn)彎桿內(nèi)部故障分析：

首先，在轉(zhuǎn)彎作動(dòng)或拖動(dòng)飛機(jī)進(jìn)行大角度轉(zhuǎn)彎后，若壓縮后的彈簧出現(xiàn)卡阻而不能復(fù)位，由于拉桿與彈簧座墊片之間存在間隙，那么再次作動(dòng)腳蹬進(jìn)行該側(cè)轉(zhuǎn)彎操縱時(shí)，拉桿將先消除間隙才能產(chǎn)生轉(zhuǎn)彎拉力帶動(dòng)前輪轉(zhuǎn)彎，從而出現(xiàn)地面轉(zhuǎn)彎操縱遲緩現(xiàn)象。此類故障一般情況只是偶爾出現(xiàn)，不會(huì)持續(xù)。

其次，彈簧性能的下降，長(zhǎng)期使用中彈簧彈性性能下降，彈性系數(shù)（k）減?。?/p>

f=k·△x

因此，在克服相同地面摩擦力的情況下，則轉(zhuǎn)彎桿內(nèi)彈簧變形量△x增加，腳蹬作動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)距離增大，從而出現(xiàn)地面轉(zhuǎn)彎操縱遲緩現(xiàn)象。此類故障引發(fā)的故障現(xiàn)象會(huì)持續(xù)出現(xiàn)。

6.2 轉(zhuǎn)彎困難可能原因

（1）減擺器連接螺栓位置銹蝕，導(dǎo)致減擺器運(yùn)動(dòng)不靈活，而引起減擺器殼體和活塞桿相對(duì)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。

（2）減擺器活塞桿變形或卡阻，導(dǎo)致活塞桿與殼體之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)干涉。

（3）減震支柱內(nèi)外筒變形出現(xiàn)干涉或內(nèi)部密封圈卡阻等影響內(nèi)筒轉(zhuǎn)動(dòng)。

（4）前起落架支柱灌充氣壓過(guò)高，支柱伸長(zhǎng)過(guò)大，上部防扭臂受定中面限制，而出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎角度偏小。

6.3 前輪擺震可能原因

（1）減擺器內(nèi)部液壓油缺失而失效。

（2）減擺器連接固定失效。

（3）起落架連接固定松動(dòng)。

（4）機(jī)輪軸承磨損過(guò)量，引起機(jī)輪在滑行過(guò)程中動(dòng)平衡受到影響而出現(xiàn)的震動(dòng)。

6.4 支柱內(nèi)筒伸長(zhǎng)量不足可能原因

（1）支柱內(nèi)部密封圈老化、變形、缺損、扭曲導(dǎo)致支柱液壓油滲漏。

（2）支柱灌充氣壓不正確，液壓油量不足。

參考文獻(xiàn)

[1] 郝勁松.活塞發(fā)動(dòng)機(jī)飛機(jī)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2007.

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[3] 孫恒，陳作模.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

作者簡(jiǎn)介：羅裕富（1983-），男，四川遂寧人，中國(guó)民用航空飛行學(xué)院綿陽(yáng)分院機(jī)務(wù)工程部助理工程師，研究方向：飛行器結(jié)構(gòu)。

（責(zé)任編輯：吳 濤）