某型教練機起落架應(yīng)急放故障分析及改進措施

曾祥財，敖文偉，龔良國，劉麗紅

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌 330024）

某型教練機起落架應(yīng)急放故障分析及改進措施

曾祥財，敖文偉，龔良國，劉麗紅

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌 330024）

針對某型教練機地面應(yīng)急放故障，結(jié)合起落架應(yīng)急放工作原理及故障現(xiàn)象，對故障進行了分析，確定了起落架應(yīng)急放不到位的原因是由于液壓油鎖轉(zhuǎn)換不到位而造成，并由此開展了液壓油鎖改進工作。通過地面模擬試驗及機上試驗，驗證了改進后的液壓油鎖滿足應(yīng)急放使用要求。

起落架；應(yīng)急放；液壓油鎖

0 引言

起落架是飛機的重要組成部分，主要用于承受飛機著陸撞擊、地面滑跑以及做各種操縱運動時產(chǎn)生的地面反作用力?，F(xiàn)代飛機的起落架通常是可收放的，一般利用液壓進行起落架正常收放，當飛機液壓、電氣等系統(tǒng)發(fā)生故障導致起落架無法正常放下時，飛機必須具有人工應(yīng)急放下起落架的措施，其工作性能直接影響到飛機的安全性[1,2]。但以往有不少飛機起落架應(yīng)急放不到位，導致飛機迫降的事例，可見起落架應(yīng)急放系統(tǒng)對于保證飛行安全是極為重要的[3,4]。

某型教練機在地面進行起落架收放檢查時，起落架收放功能正常、性能良好，但在進行起落架應(yīng)急放檢查時，卻出現(xiàn)多架次前起落架應(yīng)急放故障，前起落架放下但不到位，前起落架收放作動筒不能上鎖。

1 故障原因分析

1.1 起落架應(yīng)急放原理

起落架應(yīng)急放系統(tǒng)的能源來自氮氣系統(tǒng)，應(yīng)急放起落架時應(yīng)急高壓氮氣路線如圖1所示，其中艙門上位鎖作動筒、護板/艙門收放作動筒的回油經(jīng)應(yīng)急排油活門排出機外，起落架上位鎖作動筒及收放作動筒的回油經(jīng)另一個應(yīng)急排油活門排出機外。

前起落架應(yīng)急放故障出現(xiàn)后，進行了以下檢查：

1）前起落架機輪護板已放下，前起落架上位鎖已開鎖；檢查支柱氣瓶剩余氮氣壓力約為12MPa，保壓過程支柱氣瓶壓力沒有下降。

2）將前起落架作動筒放下腔軟管與液壓油鎖出氣管嘴連接處擰松，連接處無氣體及油液流出或微量氣體流出后無持續(xù)氣體流出。將與液壓油鎖進氣管嘴連接的導管擰松，有壓力氣體持續(xù)流出；當液壓油鎖進氣管嘴氣體壓力下降至較小時，前起落架放下到位。

3）按要求排氣后，進行起落架正常收放檢查，起落架均收放正常。

1.2 故障定位

經(jīng)過分析，前起落架應(yīng)急放不到位故障原因有：前起落架收放作動筒機械故障、氮氣系統(tǒng)故障、上位鎖故障、冷氣應(yīng)急活門故障及液壓油鎖轉(zhuǎn)換不到位，見圖2所示。

1）現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)護板已放下，前起落架上位鎖已開鎖，擰松液壓油鎖進氣管嘴進行排氣，當液壓油鎖進氣管嘴氣體壓力下降至較小時，前起落架放下到位并上鎖。因此，排除起落架收放作動筒機械故障和上位鎖故障。

2）起落架應(yīng)急放故障后，檢查支柱氣瓶剩余氮氣壓力均為12MPa左右，保壓過程支柱氣瓶壓力沒有下降，將與液壓油鎖進氣管嘴連接的導管擰松，有壓力氣體持續(xù)流出，因此排除氮氣系統(tǒng)故障和冷氣應(yīng)急活門故障。

3）將前起落架作動筒放下腔軟管與液壓油鎖出氣管嘴連接處擰松，連接處無氣體流出或微量氣體流出后無持續(xù)氣體流出。將與液壓油鎖進氣管嘴連接的導管擰松，有壓力氣體持續(xù)流出。故障現(xiàn)象表明液壓油鎖轉(zhuǎn)換不到位，導致進氣管嘴有進氣，出氣管嘴無出氣。

綜上所述，排除起落架收放作動筒機械故障、氮氣系統(tǒng)故障、上位鎖故障及冷氣應(yīng)急活門故障。應(yīng)急放時液壓油鎖進氣管嘴有進氣，出氣管嘴無出氣，由此分析，造成起落架應(yīng)急放不到位的故障原因為液壓油鎖轉(zhuǎn)換不到位。

1.3 故障原因分析

某型教練機采用的液壓油鎖（以下稱X型）的產(chǎn)品組成及結(jié)構(gòu)見圖3所示，由另一型使用多年的液壓油鎖（以下稱Y型）改進而成，兩者液壓工作壓力一致，兩者結(jié)構(gòu)基本相同。應(yīng)急放起落架時，氮氣將通過A管嘴推動分流活門向右運動，使分流活門上的膠面緊壓在外殼（2）的左端，此時A、B管嘴連通，氮氣通過B管嘴進入到作動筒放下腔并使起落架放下，收上腔的液壓油液經(jīng)過D管嘴（或E管嘴）回流進入液壓系統(tǒng)，經(jīng)應(yīng)急排油活門排出機外。

根據(jù)液壓油鎖工作原理及故障現(xiàn)象分析，液壓油鎖轉(zhuǎn)換不到位故障的原因為液壓油鎖分流活門機械卡滯或應(yīng)急壓力不足以推動分流活門到位，見圖4所示。

1.3.1 液壓油鎖分流活門機械卡滯

分流活門與外殼之間為間隙配合，當出現(xiàn)分流活門超差、外殼超差或外殼變形等情況時有可能導致分流活門出現(xiàn)機械卡滯，導致分流活門無法向右運動到位并緊壓在外殼的左端，應(yīng)急氮氣無法從液壓油鎖進入收放作動筒放下腔。

故障現(xiàn)場打開液壓油鎖A管嘴排氣后，前起落架放下到位并上鎖，說明排氣后分流活門能夠靈活運動，分流活門并沒有出現(xiàn)機械卡滯，并通過后期返成件廠分解，液壓油鎖內(nèi)部未見卡滯痕跡，故排除液壓油鎖分流活門機械卡滯。

1.3.2 應(yīng)急壓力不足以推動分流活門到位

應(yīng)急放起落架時，氮氣將通過液壓油鎖A管嘴推動分流活門向右運動，使分流活門上的膠面緊壓在外殼的左端，使A、B管嘴連通。分流活門向右運動時，主要克服彈簧彈力、摩擦力及右側(cè)油液壓力。應(yīng)急壓力不足以推動分流活門到位的原因有分流活門處彈簧彈力偏大、分流活門摩擦力偏大、應(yīng)急氮氣壓力偏低及分流活門轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)平衡。

1）分流活門處彈簧彈力偏大

X型與Y型液壓油鎖采用相同圖號的彈簧，且兩個型號液壓油鎖的分流活門行程一致。若出現(xiàn)彈簧彈力偏大，應(yīng)為個別現(xiàn)象，不可能多架飛機都出現(xiàn)彈簧力偏大的情況，且采用相同彈簧的Y型液壓油鎖在多年使用過程中從未發(fā)生此故障。因此可排除分流活門處彈簧彈力偏大原因。

2）分流活門摩擦力偏大

分流活門與殼體之間配合屬間隙配合，X型與Y型液壓油鎖的分流活門的外徑及公差一致，殼體內(nèi)徑尺寸及公差一致，因此分流活門與殼體之間間隙一致，都是間隙配合 φ26H9/f9（間隙為 0.02-0.124mm），且未進行應(yīng)急放操作之前，分流活門與殼體之間充滿液壓油，因此兩個型號分流活門的摩擦力一致且較小。

若X型液壓油鎖的分流活門摩擦力偏大導致分流活門無法打開，則Y型液壓油鎖也將出現(xiàn)同樣故障。Y型液壓油鎖在多年使用過程中未發(fā)生此故障，因此可排除分流活門摩擦力偏大原因。

3）應(yīng)急氮氣壓力偏低

應(yīng)急氮氣從支柱氣瓶進入管路后，壓力將隨著管路長度增加而逐漸降低，有可能導致液壓油鎖進氣管嘴處氮氣壓力不足以推動液壓油鎖分流活門向右運動。

根據(jù)故障飛機實際情況，應(yīng)急放故障出現(xiàn)后壓力表數(shù)值仍有12MPa左右。應(yīng)急放故障后打開液壓油鎖A管嘴排氣，壓力降低后起落架反而放下到位，此現(xiàn)象說明不是應(yīng)急氮氣壓力偏低導致應(yīng)急放故障。因此可排除應(yīng)急氮氣壓力偏低原因。

4）分流活門轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)平衡

應(yīng)急放起落架前，液壓油鎖內(nèi)部充滿液壓油，應(yīng)急放起落架時分流活門將向右運動，右側(cè)液壓油將受到擠壓，當分流活門未完全封閉B管嘴之前，右側(cè)油液受擠壓將從B管嘴進入收放作動筒放下腔，當分流活門繼續(xù)向右運動將封閉B管嘴，此時右側(cè)油液通過分流活門上的V形槽（見圖5所示）及配合間隙向左側(cè)流動進入B管嘴和左側(cè)，當分流活門繼續(xù)向右運動，B管嘴左側(cè)開啟，此時分流活門左側(cè)的應(yīng)急氮氣進入B管嘴，右側(cè)油液通過V形槽及間隙繼續(xù)向左側(cè)流動直至分流活門上的膠面緊壓在外殼的左端。由于分流活門與外殼之間間隙很小，分流活門上只有兩處深度為0.5mm左右的V型槽，因此右側(cè)液壓油向左側(cè)流動不順暢，尤其當V型槽與B管嘴錯開時，右側(cè)油液流動將更加不暢。

當壓力為某個臨界壓力且V型槽與B管嘴錯開時，分流活門向右移動至封閉B管嘴時，由于右側(cè)油液向左側(cè)流動不順暢，右側(cè)形成封閉腔，液壓油受擠壓形成壓力，該壓力和彈簧的彈力及摩擦力與左側(cè)氮氣壓力形成平衡，此時分流活門左右兩側(cè)作用力平衡，致使分流活門停滯在B管嘴處并將B管嘴封閉（見圖6所示），氮氣無法從B管嘴進入收放作動筒導致起落架應(yīng)急放故障，因此應(yīng)急放故障后擰松B管嘴，連接處無氣體及油液流出。

分流活門左右兩側(cè)作用力平衡時，若氮氣壓力下降，兩側(cè)作用力不再平衡，分流活門左側(cè)壓力小于右側(cè)，分流活門向左側(cè)移動，右側(cè)油液進入B管嘴，右側(cè)壓力迅速下降，此時分流活門左側(cè)壓力大于右側(cè)，將繼續(xù)向右移動并到位。故障現(xiàn)場將與液壓油鎖進氣管嘴連接的導管擰松，有壓力氣體持續(xù)流出，當液壓油鎖進氣管嘴氣體壓力下降至較小時，起落架放下到位并上鎖。

經(jīng)過分析，故障原因為分流活門在轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)平衡，分流活門導向圓柱面堵住B管嘴，致使A管嘴處的高壓氮氣無法通過B管嘴進入起落架收放作動筒放下腔，導致起落架應(yīng)急放故障。

2 改進措施及驗證情況

起落架應(yīng)急放故障原因為液壓油鎖的分流活門在轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)左右兩側(cè)作用力平衡，分流活門導向圓柱面堵住B管嘴，致使A管嘴處的高壓氮氣無法通過B管嘴進入起落架收放作動筒放下腔，其根本原因是右側(cè)油液流動不暢導致右側(cè)油液受擠壓形成壓力，尤其當V型與B管嘴錯開時，右側(cè)油液流動將更加不暢。為防止再次發(fā)生類似故障，必須對分流活門進行改進，使分流活門在運動時，右側(cè)油液能夠流動順暢并快速泄壓，避免分流活門左右兩側(cè)形成作用力平衡，具體改進措施如下：

在液壓油鎖的分流活門增加一個均壓環(huán)槽（詳見圖7、圖8），分流活門在運動過程中，不論V型槽是否與B管嘴錯開，左側(cè)氣腔和右側(cè)液壓腔的壓力均可通過間隙和V型槽流向環(huán)槽，再由環(huán)槽流向B管嘴，保證右側(cè)油液能快速流向B管嘴并快速泄壓，分流活門左側(cè)作用力始終大于右側(cè)作用力，可以消除液壓油鎖分流活門左右兩側(cè)可能形成的作用力平衡，使分流活門順利、可靠轉(zhuǎn)換并達到完全打開狀態(tài)，從而解決飛機起落架應(yīng)急放不到位的故障。

改進后的液壓油鎖在地面模擬試驗臺進行了多次應(yīng)急放試驗，并在飛機上進行了多次地面應(yīng)急放試驗和空中應(yīng)急放起落架試飛，應(yīng)急放試驗過程中未出現(xiàn)故障，前、主起落架均順利放下，起落架放下速度與改進前相比更快，說明改進后的液壓油鎖分流活門能夠順利轉(zhuǎn)換到位，B管嘴進氣量較大。根據(jù)改進后的液壓油鎖地面模擬試驗和機上試驗情況，改進后的液壓油鎖滿足應(yīng)急放和正常收放要求。

3 結(jié)語

起落架應(yīng)急放故障原因是分流活門在轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)平衡，分流活門導向圓柱面堵住B管嘴，致使A管嘴處的高壓氮氣無法通過B管嘴進入起落架收放作動筒放下腔，起落架僅在重力作用下放下而不能放到位。在液壓油鎖的分流活門增加均壓環(huán)槽后，可以消除液壓油鎖分流活門左右兩側(cè)可能形成的作用力平衡，使分流活門順利、可靠轉(zhuǎn)換并達到完全打開狀態(tài)，從而解決飛機應(yīng)急放起落架不放到位的故障。改進后的液壓油鎖地面模擬試驗和機上試驗情況表明，液壓油鎖的改進措施能解決飛機起落架應(yīng)急放不放到位的故障。

[1]董詩明.某型教練機起落架收放機構(gòu)可靠性分析[D].西安電子科技大學碩士論文，2012.

[2]趙勁彪，鄭香偉.飛機起落架應(yīng)急放機構(gòu)可靠性分析[J].機械設(shè)計與制造，2014，8:31.

[3]倪華近，王鈺龍.前起落架應(yīng)急放故障分析及應(yīng)急斷離方案設(shè)計[J].機械科學與技術(shù)，2014，33(11): 1768-1769.

[4]龍江，張鐸.飛機應(yīng)急放起落架的機構(gòu)運動可靠性研究[J].機械強度，2005，27(5):624.

>>>作者簡介

曾祥財，男，1985年7月生，2011年畢業(yè)于西北工業(yè)大學，碩士，工程師，現(xiàn)從事飛機起落架設(shè)計工作。

Fault Analysis of Landing Gear Emergency Extension of a Certain

Type of Trainer and Corrective Actions
Zeng Xiangcai,Ao Wenwei,Gong Liangguo,Liu Lihong (AVIC-HONGDU，Nanchang，Jiangxi 330024)

A certain type of aircraft failed to extend landing-gear in emergency on ground.Analysies were carried out for above failure by combining the operating principle of landing-gear emergency extension system and failure phenomena,and it is confirmed that the failure cause is improper change-over of hydraulic oil lock.Corrective actions were taken for improving hydraulic oil lock.Simulation tests on ground and onboard tests show that the improved hydraulic oil lock meets the operating requirements of landing-gear emergency extension.

Landing Gear;Emergency Extension;Hydraulic Oil Lock

2017-05-16）