螺旋槳變距控制系統(tǒng)故障研究

楊百平

（中航飛機(jī)股份有限公司研發(fā)中心，陜西 西安 710089）

螺旋槳變距控制系統(tǒng)故障研究

楊百平

（中航飛機(jī)股份有限公司研發(fā)中心，陜西 西安 710089）

文章通過對(duì)新舟系列飛機(jī)發(fā)生的螺旋槳變距控制系統(tǒng)故障，依據(jù)機(jī)理分析和故障模式分析，分析了造成故障的根本原因，提出了故障處理方式，為產(chǎn)品改進(jìn)提供依據(jù)。

螺旋槳控制裝置；低槳距開關(guān)；低槳距止動(dòng)

新舟系列飛機(jī)已經(jīng)成為我國(guó)規(guī)模最大的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的民用支線機(jī)群，不僅在國(guó)內(nèi)航空市場(chǎng)具有一定的份額，更是成功打入了國(guó)際航空市場(chǎng)，且呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢(shì)。隨著機(jī)群數(shù)量的增加和飛行小時(shí)數(shù)的積累，新舟系列飛機(jī)螺旋槳變距控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出故障頻發(fā)的態(tài)勢(shì)，造成航班大量延誤或返航，給用戶帶來了經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)飛機(jī)聲譽(yù)也造成了一定的影響。

為更好地保障新舟系列飛機(jī)國(guó)內(nèi)外用戶的順利運(yùn)營(yíng)，文章通過對(duì)螺旋槳控制系統(tǒng)研究，對(duì)系統(tǒng)工作原理及控制邏輯進(jìn)行分析，提出解決該問題的措施和方法，以消除用戶的疑慮、擔(dān)憂和困擾，給用戶創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也產(chǎn)生良好的社會(huì)效益。

1　螺旋槳變距控制系統(tǒng)

1.1系統(tǒng)組成

螺旋槳變距控制系統(tǒng)主要由螺旋槳控制裝置、螺旋槳控制裝置泵、滑油傳輸管、變距作動(dòng)筒、變距活門和變距螺桿等組成［1］。其中，螺旋槳控制裝置是螺旋槳變距控制系統(tǒng)的核心部件，通過轉(zhuǎn)接器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)減速齒輪箱上。

1.2系統(tǒng)工作原理

滑油經(jīng)螺旋槳控制裝置泵打壓后，形成壓力滑油進(jìn)入螺旋槳控制裝置，一部分滑油經(jīng)過控制器、最小選擇活門、反槳活門后形成計(jì)量滑油，進(jìn)入伺服活塞前腔內(nèi)，另一部分壓力供油進(jìn)入伺服活塞后腔內(nèi)。

伺服活塞前腔的工作面積為后腔的兩倍。當(dāng)計(jì)量滑油壓力為供油壓力的一半時(shí)，伺服活塞停止運(yùn)動(dòng)；當(dāng)計(jì)量滑油壓力超過供油壓力的一半時(shí)，伺服活塞向前移動(dòng)；當(dāng)計(jì)量滑油壓力小于供油壓力的一半時(shí)，伺服活塞向后移動(dòng)。

伺服活塞的前后軸向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為滾珠螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過滑油傳輸管傳遞給變距螺桿和變距活門。同時(shí)，螺旋槳控制裝置內(nèi)的壓力滑油，通過滑油傳輸管進(jìn)入變距作動(dòng)筒的大距腔或小距腔，驅(qū)動(dòng)變距作動(dòng)筒前后移動(dòng)。

螺旋槳槳葉角通過變距作動(dòng)筒的前后移動(dòng)而改變。當(dāng)壓力滑油進(jìn)入變距作動(dòng)筒的大距腔時(shí)，變距作動(dòng)筒向后運(yùn)動(dòng)，槳葉角增加；當(dāng)壓力滑油進(jìn)入變距作動(dòng)筒的小距腔時(shí)，作動(dòng)筒向前運(yùn)動(dòng)，槳葉角減小。

2　故障分析

2.1典型故障現(xiàn)象

近年來，外場(chǎng)多次反饋螺旋槳系統(tǒng)故障。通過故障現(xiàn)象梳理與分析，螺旋槳變距系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)為兩種故障模式。

故障模式一：地面試車過程中或滑行階段，功率桿從地面慢車位置推向起飛位置的過程中出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩快速上升、螺旋槳轉(zhuǎn)速快速下降現(xiàn)象，并伴隨有螺旋槳異常聲響，典型故障（見圖1）。

故障模式二：航后螺旋槳進(jìn)入順槳狀態(tài)時(shí)，或發(fā)動(dòng)機(jī)停車后，低槳距指示燈出現(xiàn)常亮現(xiàn)象，而發(fā)動(dòng)機(jī)其它參數(shù)正常，典型故障（見圖2）。

圖1　故障模式一典型故障圖

圖2　故障模式二典型故障圖

2.2機(jī)理分析

（1）故障模式一分析。從故障現(xiàn)象來看，該故障主要發(fā)生在功率桿從地面慢車位置推向起飛位置的過程中。功率桿從地面慢車位置推向起飛位置的過程中，經(jīng)過飛行慢車位置，該位置是飛機(jī)保持空中飛行姿態(tài)時(shí)功率桿所允許的最低位置。為了防止飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)著陸時(shí)因拉力過小而產(chǎn)生飛機(jī)失速的危險(xiǎn)，在飛行慢車位置設(shè)置了低槳距保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由螺旋槳控制裝置上安裝的低槳距開關(guān)、順槳電磁活門以及飛機(jī)電氣線路中的繼電器、低槳距指示燈和功率桿低槳距止動(dòng)微動(dòng)開關(guān)組成。

當(dāng)功率桿角度大于設(shè)定值時(shí)，位于功率桿下部的低槳距止動(dòng)微動(dòng)開關(guān)接通。此時(shí)，若槳葉角低于設(shè)定值，低槳距開關(guān)從斷開位置自動(dòng)轉(zhuǎn)至閉合位置，使飛機(jī)電氣線路中的繼電器閉合，低槳距指示燈亮。同時(shí)，正電經(jīng)功率桿低槳距止動(dòng)微動(dòng)開關(guān)供給螺旋槳控制裝置上的順槳電磁活門，將伺服活塞前腔計(jì)量壓力泄放至低壓，增大槳葉角。當(dāng)槳葉角增大超過設(shè)定值時(shí)，低槳距開關(guān)從閉合位置自動(dòng)轉(zhuǎn)至斷開位置，飛機(jī)電氣線路中的繼電器斷開，順槳電磁活門停止泄放伺服活塞前腔計(jì)量壓力，槳葉角變小，低槳距指示燈滅。若槳葉角無法恢復(fù)正常，上述過程重復(fù)出現(xiàn)，低槳距指示燈“亮-滅”不斷變化，保持槳葉角不低于設(shè)定值，防止低槳距事件的發(fā)生。從圖1可以看出，功率桿接近飛行慢車位置時(shí)螺旋槳轉(zhuǎn)速快速下降、扭矩迅速上升，造成該現(xiàn)象的最直接原因是螺旋槳變大距。

依據(jù)系統(tǒng)工作原理，影響螺旋槳變大距的因素有：①螺旋槳控制裝置內(nèi)部的貝它凸輪、貝它桿和貝它活門之間的匹配性問題。當(dāng)功率桿從地面慢車位置向飛行慢車位置移動(dòng)時(shí)，雖然狀態(tài)桿處在最大轉(zhuǎn)速位置，但螺旋槳實(shí)際轉(zhuǎn)速較低，螺旋槳處于欠速調(diào)節(jié)狀態(tài)，槳葉角直接由功率桿貝它凸輪控制。隨著功率桿角度的增加，功率桿帶動(dòng)貝它凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使貝它活門內(nèi)套筒向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，降低計(jì)量滑油壓力、增加槳葉角，保持轉(zhuǎn)速在某一恒定值。依據(jù)上述分析，螺旋槳轉(zhuǎn)速急劇下降，則必須是螺旋槳控制裝置中貝它活門內(nèi)套筒快速泄放計(jì)量滑油壓力、使螺旋槳變大距所致。由于貝它凸輪、貝它桿和貝它活門之間屬于純機(jī)械控制，其可靠性較高，造成計(jì)量滑油壓力快速降低的可能性較小，故由此引發(fā)的螺旋槳轉(zhuǎn)速快速降低的可能性非常?。虎诼菪龢刂蒲b置上的低槳距開關(guān)斷開時(shí)機(jī)與低槳距止動(dòng)微動(dòng)開關(guān)的接通時(shí)機(jī)匹配性問題。依據(jù)螺旋槳型號(hào)規(guī)范，槳葉角低于飛行慢車槳葉角以下某一設(shè)定值時(shí)，螺旋槳控制裝置上的低槳距開關(guān)閉合［2］。為了確?？罩械蜆嗍录l(fā)生時(shí)低槳距保護(hù)系統(tǒng)功能正常，同時(shí)滿足飛機(jī)著陸后低槳距保護(hù)系統(tǒng)功能解除，使槳葉角進(jìn)入地面慢車槳葉角、甚至最大反槳槳葉角，在飛行慢車位置設(shè)置了低槳距止動(dòng)微動(dòng)開關(guān)。當(dāng)功率桿位于飛行慢車以上位置時(shí)，低槳距止動(dòng)微動(dòng)開關(guān)接通至順槳電磁活門的供電線路；當(dāng)功率桿位于飛行慢車以下位置時(shí)，低槳距止動(dòng)微動(dòng)開關(guān)斷開至順槳電磁活門的供電線路。依據(jù)系統(tǒng)工作原理，前推功率桿的過程中，若低槳距止動(dòng)微動(dòng)開關(guān)接通后、低槳距開關(guān)仍未斷開，順槳電磁活門接通，螺旋槳槳葉角迅速增加，就會(huì)出現(xiàn)故螺旋槳轉(zhuǎn)速快速下降、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩快速上升現(xiàn)象。

（2）故障模式二分析。該故障主要發(fā)生在著陸后螺旋槳進(jìn)入順槳狀態(tài)或發(fā)動(dòng)機(jī)停車后，此時(shí)螺旋槳均處于順槳狀態(tài)，低槳距止動(dòng)微動(dòng)開關(guān)處于斷開狀態(tài)。依據(jù)螺旋槳順槳系統(tǒng)工作原理，當(dāng)螺旋槳進(jìn)入順槳狀態(tài)時(shí)，低槳距開關(guān)應(yīng)處于斷開狀態(tài)，低槳距指示燈應(yīng)熄滅。因此，造成該故障的主要原因是低槳距開關(guān)變形或安裝不正常，使得低槳距開關(guān)在本應(yīng)斷開的情況下仍處于閉合狀態(tài)，最終出現(xiàn)低槳距指示燈常亮現(xiàn)象。

2.3應(yīng)對(duì)措施

研究表明，螺旋槳控制裝置上的低槳距開關(guān)斷開設(shè)置點(diǎn)偏差大和低槳距開關(guān)安裝不正確、變形，是造成螺旋槳變距控制系統(tǒng)故障的主要原因。由于此故障引起的飛機(jī)延誤、返航和成品返修給航空公司造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，航空公司對(duì)此提出抱怨，給飛機(jī)制造商帶來了較大的壓力。為了有效解決該故障引起的負(fù)面影響，建議從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：①提升低槳距開關(guān)通斷設(shè)置點(diǎn)設(shè)置精度。通過提升低槳距開關(guān)通斷設(shè)置點(diǎn)設(shè)置精度，使地面狀態(tài)下低槳距開關(guān)斷開時(shí)機(jī)與飛行狀態(tài)下低槳距止動(dòng)微動(dòng)開關(guān)接通的接通時(shí)機(jī)互不干涉，避免扭矩增大、螺旋槳轉(zhuǎn)速下降故障的發(fā)生；②改善低槳距開關(guān)安裝工藝。完善低槳距開關(guān)安裝規(guī)范、改進(jìn)低槳距開關(guān)安裝工藝流程，優(yōu)化安裝方法，增加流程監(jiān)控，防止低槳距開關(guān)安裝不到位或不正確；③提升低槳距開關(guān)制造質(zhì)量。低槳距開關(guān)的通斷是通過伺服活塞帶動(dòng)開關(guān)上的簧片按壓微動(dòng)開關(guān)而控制的，因此，提升低槳距開關(guān)的制造質(zhì)量，特別是改進(jìn)開關(guān)上簧片的制造強(qiáng)度和質(zhì)量對(duì)提升產(chǎn)品質(zhì)量是非常有效的。

3　結(jié)束語

目前，支線飛機(jī)產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展，新舟飛機(jī)作為我國(guó)自主研發(fā)的一款民用支線飛機(jī)受到業(yè)界越來越多色關(guān)注。文章通過對(duì)新舟飛機(jī)運(yùn)營(yíng)過程中螺旋槳變距控制系統(tǒng)出現(xiàn)的故障深入研究，從系統(tǒng)工作原理方面進(jìn)行了全面而詳細(xì)地剖析，對(duì)新舟飛機(jī)運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)的故障提出了解決措施，為系統(tǒng)改進(jìn)指明了改進(jìn)方向，對(duì)提升系統(tǒng)的工作可靠性有其重要意義。

［1］張春，孟興紅.螺旋槳周期變距系統(tǒng)在螺旋槳飛機(jī)姿態(tài)控制上的應(yīng)用研究（下）［J］.航空科學(xué)技術(shù)，2009，（4）：41-44.

［2］張春，孟興紅.螺旋槳周期變距系統(tǒng)在螺旋槳飛機(jī)姿態(tài)控制上的應(yīng)用研究（上）［J］.航空科學(xué)技術(shù)，2009，（3）：37-41.

V233.7+59

A

1671-3818（2016）09-0013-02