Cessna172R飛機方向舵操縱系統(tǒng)鋼索故障分析

易思云

摘 要：Cessna172R飛機飛行操縱系統(tǒng)鋼索的故障，特別是方向舵操縱鋼索的故障，是Cessna172R型飛機最常見的、嚴重影響飛行安全的多發(fā)性故障之一，嚴重威脅了飛機的飛行安全。本文對Cessna172R飛機方向舵操縱系統(tǒng)鋼索在檢查中發(fā)現(xiàn)的故障進行分析，結合磨損理論，旨在找到最常見故障的萌發(fā)原因，并且通過總結維修實踐中的經(jīng)驗，制定有效的預防措施，提高鋼索使用壽命，確保飛行安全。

關鍵詞：Cessna172R飛機 方向舵操縱系統(tǒng) 鋼索 故障

中圖分類號：V277 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（a）-0080-02

飛行操縱系統(tǒng)是飛機上用來傳遞操縱指令、驅動舵面運動、控制飛機的飛行姿態(tài)的系統(tǒng)。Cessna172R型飛機操縱系統(tǒng)采用軟式傳動方式。軟式傳動具有重量相對較輕、容易安裝和布局、便于繞過障礙、利于遠距離傳遞機械信號等優(yōu)點。軟式傳動機構由鋼索、滑輪、搖臂、導向裝置、松緊螺套等組成。由于鋼索只能承受拉力，所以必須構成鋼索回路，以實現(xiàn)操縱面的雙向傳動。鋼索在使用當中常見的故障包括斷絲、銹蝕、磨損、腐蝕、壓傷、變形等，Cessna172R型飛機飛行操縱系統(tǒng)鋼索最常見的故障是磨損、斷絲。

方向舵操作系統(tǒng)是飛行操縱系統(tǒng)的重要組成部分，是主操縱系統(tǒng)，提供飛機的偏航操縱。駕駛員蹬腳蹬操縱飛機使其繞垂直軸偏航做偏航運動。

自2013年開始到目前，某飛行學院飛機修理廠已完成60余架Cessna172R型飛機的10000小時定期檢修，這60余架飛機超過50%的方向舵操作系統(tǒng)鋼索存在因鋼索磨損斷絲超標而進行更換鋼索的情況。本文根據(jù)這些Cessna172R飛機方向舵操作系統(tǒng)鋼索磨損斷絲情況，總結出最常見的故障，并且進行分析，查找故障多發(fā)原因，并制定有效的預防措施。

1 Cessna172R型飛機方向舵操縱系統(tǒng)

Cessna172R飛機方向舵操縱系統(tǒng)由腳蹬機構、鋼索、滑輪、回輸彈簧和相關連接件組成，系統(tǒng)各部件通過相互連接組成一個閉環(huán)回路（見圖1）。Cessna172R飛機方向舵操縱系統(tǒng)鋼索有兩根，一根主動，另一根被動受力，當?shù)拍_蹬操縱方向舵偏轉時，腳蹬拉動兩根方向舵操縱鋼索的其中一根繃緊運動，這根鋼索連接方向舵，使方向舵受力偏轉，方向舵又使另一根被動鋼索受力，被動鋼索把力傳遞到回輸彈簧，使回輸彈簧拉伸，方向舵完成偏轉。而鋼索張緊程度是通過調(diào)節(jié)腳蹬樞軸到前防火墻的距離來進行設置的，通過調(diào)節(jié)鋼索的長度改變回輸彈簧的長度，進而改變彈簧彈力達到改變鋼索張力的目的。Cessna172R飛機AMM手冊規(guī)定腳蹬樞軸到前防火墻的標準距離是6.5英寸（16.51cm）。

2 Cessna172R飛機方向舵操縱系統(tǒng)的故障

Cessna172R飛機方向舵鋼索在整個行程上在三處地方有滑輪支撐，分別為腳蹬下面、機身的飛機站位FS108隔框處和飛機尾艙飛機站位FS142.00處。方向舵鋼索在腳蹬處未發(fā)現(xiàn)磨損或斷絲，在機身FS108隔框滑輪處有少量飛機的鋼索發(fā)現(xiàn)輕微磨損。方向舵操縱鋼索磨損斷絲最嚴重的位置為飛機尾艙飛機站位FS142.00滑輪處，而方向舵鋼索因磨損斷絲超標而更換也全都是因該故障（見圖2）。

經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，Cessna172R飛機方向舵鋼索在機身尾艙飛機站位FS142.00滑輪處，鋼索磨損量為3～6股（沿鋼索長度方向），磨損長度1.5cm左右，方向舵鋼索全行程移動量約3.5cm（見圖3）。并且發(fā)現(xiàn)當方向舵操縱系統(tǒng)的腳蹬樞軸到防火墻的距離小于標準距離6.5英寸時，鋼索一般都會發(fā)生較為嚴重的磨損，而且存在距離越小鋼索磨損越嚴重的趨勢。因方向舵操縱系統(tǒng)的腳蹬樞軸到防火墻的距離直接控制著方向舵鋼索的張力，所以可以理解為當方向舵操縱鋼索的張力小于標準張力時，鋼索在飛機尾艙飛機站位FS142.00滑輪處就會發(fā)生較為嚴重的磨損，而當鋼索張力越小，磨損越嚴重，鋼索磨損斷絲超標的周期越短。

3 Cessna172R飛機方向舵鋼索在飛機站位FS142.00滑輪處磨損最嚴重的原因分析

Cessna172R飛機方向舵鋼索存在的磨損主要原因為接觸疲勞磨損和微動磨損。接觸疲勞磨損是指在循環(huán)交變接觸應力長期作用下所引起的表面疲勞剝落現(xiàn)象。微動磨損是機件配合處，接觸表面之間雖然沒有宏觀相對位移，但在外部變動載荷和震動的影響下卻產(chǎn)生小幅震動而出現(xiàn)的復合形式磨損。下面對應這兩種磨損分析比較方向舵操縱鋼索在三處滑輪處的磨損。

Cessna172R飛機方向舵操縱鋼索在腳蹬下面經(jīng)過一組滑輪。該處滑輪大幅改變鋼索傳動方向，使鋼索與滑輪沿滑輪的周向接觸距離較長，接觸面積較另兩處滑輪大，而且鋼索在此滑輪處距離鋼索與腳蹬接頭距離很近，因此鋼索震動幅度很小，鋼索承受的交變應力相對也很小。所以鋼索在該處幾乎沒有接觸疲勞磨損和微動磨損。

Cessna172R飛機方向舵操縱鋼索在機身的飛機站位FS108隔框滑輪處和飛機尾艙飛機站位FS142.00滑輪處的跨度都較大，但是鋼索在飛機站位FS142.00滑輪處的磨損比在飛機站位FS108隔框滑輪處的磨損要嚴重很多，導致這種現(xiàn)象的發(fā)生有以下原因：蹬腳蹬操縱方向舵偏轉時，主動鋼索張力增大，拉動方向舵偏轉，而鋼索與方向舵的接頭的運動方向與鋼索傳動方向多不在一條直線上，因此會使鋼索產(chǎn)生擺動。由于方向舵操縱系統(tǒng)在方向舵下部用限動釘限動，因此當方向舵運動到限動位時鋼索會產(chǎn)生較為劇烈的震動。而且鋼索的震動幅度隨著操縱力的增大而增大。震動會造成鋼索在飛機尾艙飛機站位FS142.00滑輪處產(chǎn)生較大的交變應力。而因鋼索的震動能量在飛機站位FS142.00滑輪處已經(jīng)大部分被消耗，所以在機身的飛機站位FS108隔框滑輪處的震動很弱，因而鋼索在此處承受的交變應力較小。所以鋼索在飛機站位FS142.00滑輪處的接觸疲勞磨損較為嚴重。飛機在飛行過程中，方向舵會受到氣動力的影響而發(fā)生幅度微小的擺動，這時由于鋼索連接著方向舵，也會造成鋼索的微小震動。而鋼索的這個微小震動的大部分能量也是在飛機站位FS142.00滑輪處消耗，而傳遞到飛機站位FS108隔框滑輪處的能量也很少。所以方向舵鋼索在飛機尾艙飛機站位FS142.00滑輪處會受到較嚴重的微動磨損。

經(jīng)以上分析可以得出以下結論：Cessna172R飛機方向舵操縱系統(tǒng)鋼索的磨損主要受震動的影響。鋼索在腳蹬下面的滑輪處由于鋼索的跨度小，幾乎沒有震動，所以未發(fā)生磨損；鋼索在機身的飛機站位FS108隔框滑輪處的震動很小，所以只發(fā)生了很輕微的磨損；鋼索在飛機尾艙飛機站位FS142.00滑輪處由于跨度大，并且吸收了大量的震動能量，所以磨損最嚴重。

4 Cessna172R飛機方向舵操縱系統(tǒng)鋼索的改裝建議和維護經(jīng)驗總結

4.1 改裝建議

（1）在腳蹬處加裝方向舵操縱系統(tǒng)限動裝置。

（2）在飛機尾艙加裝滑輪組，減小鋼索跨度。

4.2 維護經(jīng)驗總結

（1）更換鋼索前應檢查鋼索有無制造缺陷。

（2）換季檢查或結構修理時應仔細檢查，嚴格執(zhí)行Cess na172R飛機AMM手冊規(guī)定的檢查標準與要求。

（3）維護過程中應注意潤滑滑輪，確?；喣茏杂赊D動。檢查過程中如果發(fā)現(xiàn)滑輪磨損程度較大，應更換滑輪。

（4）換季工作或更換鋼索后必須按照Cessna172R飛機AMM手冊的規(guī)定調(diào)整鋼索張力，即調(diào)整腳蹬樞軸到防火墻距離為6.5英寸。

參考文獻

[1] 王振廷，孟君晟.摩擦磨損與耐磨材料[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社，2013.

[2] 閻成鴻.CESSNA172R型飛機機型培訓教程[M].航空工業(yè)出版社，2008.

[3] 羅裕富.Cessna172R飛機操作系統(tǒng)鋼索分析[J].科技前沿，2012（20）：55.

[4] 郝勁松.活塞發(fā)動機飛機結構與系統(tǒng)[M].兵器工業(yè)出版社，2007.

[5] Cessna Aircraft Company.Cessna172R/172S Maintenance Manual[S].