淺談C172R模擬機(jī)副翼傳動(dòng)鋼索的國產(chǎn)性替代

韓月+鐘如松

摘 要：本文目的在于降低C172飛行模擬機(jī)副翼傳動(dòng)鋼索的故障概率和維護(hù)費(fèi)用，提升飛行訓(xùn)練時(shí)間；對(duì)C172R飛行模擬機(jī)鋼索斷裂現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)分析，查明故障規(guī)律和發(fā)生部位，提出新的替代方式和材料，并進(jìn)行可靠性分析；替代研究還可用于西門諾爾，獎(jiǎng)狀等其他飛行模擬器。

關(guān)鍵詞：飛行副翼傳動(dòng)鋼索；替代；國產(chǎn)化

飛機(jī)副翼是指安裝在機(jī)翼翼梢后緣外側(cè)的一塊可動(dòng)的翼面，和方向舵，升降舵稱為飛機(jī)的三大主操縱舵面。飛行員操縱副翼使做飛行橫滾運(yùn)動(dòng)。

在飛行模擬器中，副翼的作用體現(xiàn)在飛行員向左或者向右壓駕駛盤時(shí)，機(jī)頭內(nèi)部的傳動(dòng)鋼索通過連動(dòng)裝置和HOST計(jì)算機(jī)相關(guān)聯(lián)，在視景系統(tǒng)中反映出操縱動(dòng)作的角度方位等情形。

C172飛行模擬機(jī)副翼傳動(dòng)鋼索是把飛行操縱轉(zhuǎn)化為飛行模擬器數(shù)字信號(hào)的第一步，在整個(gè)飛行傳動(dòng)系統(tǒng)中起著舉足輕重的作用。

目前使用的C172R飛行副翼傳動(dòng)鋼索全部進(jìn)口，由美國TRUsimulator公司生產(chǎn)通提供，價(jià)格昂貴并且采購周期相當(dāng)長。

1.C172R飛行副翼傳動(dòng)鋼索的具體構(gòu)造

C172飛行副翼傳動(dòng)鋼索位于飛行模擬機(jī)機(jī)頭內(nèi)，通過底部一個(gè)大滑輪和其余四個(gè)較小的滑輪連接起來，形成一個(gè)副翼操縱傳動(dòng)系統(tǒng)。它的總體長度大約2米，運(yùn)行時(shí)呈現(xiàn)一個(gè)V字形狀連動(dòng)布局。其中直徑較大三個(gè)滑輪屬于鋁合金材料，直徑較小兩個(gè)滑輪屬于酚醛塑料材質(zhì)。

2.對(duì)C172R飛行模擬器副翼傳動(dòng)鋼索發(fā)生所有故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以及歸納

將兩年內(nèi)三部C172R飛行模擬器的鋼索故障作出統(tǒng)計(jì)，一共發(fā)生6次，平均每年每臺(tái)C172R練習(xí)器1次，在C172飛行模擬機(jī)所有故障中發(fā)生概率相當(dāng)高，僅次于作動(dòng)筒損壞故障。

3.分析飛行副翼傳動(dòng)鋼索磨損斷裂的原因

總體來說，飛行副翼傳動(dòng)鋼索主要分為物理磨損和化學(xué)磨損兩大類。

1）副翼傳動(dòng)鋼索的物理磨損情況主要有以下幾種：

（一）作動(dòng)筒牽連的擦刮損傷；

這方面問題主要體現(xiàn)在飛行副翼傳動(dòng)鋼索運(yùn)行中的張力值大小不合適。當(dāng)飛行副翼傳動(dòng)鋼索過緊，導(dǎo)致鋼索穿過支撐滑輪時(shí)和鋼索內(nèi)部的時(shí)候，鋼索造成磨粒、斷絲或者微動(dòng)；當(dāng)飛行副翼傳動(dòng)鋼索過松，導(dǎo)致鋼索有散股現(xiàn)象，短期會(huì)操縱失效，長期會(huì)變形過量導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

（二）滑輪直徑不同導(dǎo)致鋼索磨損

當(dāng)幾個(gè)滑輪直徑大小不同并且分布在飛行副翼傳動(dòng)鋼索不同位置時(shí)候，造成支撐點(diǎn)較少，飛行副翼傳動(dòng)鋼索容易偏離位置，跨度過大，震動(dòng)也大；容易造成鋼絲硬化，從而脆斷。

（三）設(shè)備散熱

設(shè)備散熱導(dǎo)致溫度過高，加速飛行副翼傳動(dòng)鋼索的老化。

2）副翼傳動(dòng)鋼索的化學(xué)磨損主要體現(xiàn)為飛行副翼傳動(dòng)鋼索因?yàn)殚L時(shí)間處于機(jī)房潮濕的環(huán)境而出現(xiàn)銹蝕。

4.對(duì)比理論分析和實(shí)際故障，提出解決方案和替代方法

通過對(duì)飛行副翼傳動(dòng)鋼索磨損的理論分析和故障統(tǒng)計(jì)，我們得出結(jié)論，彎曲應(yīng)力是導(dǎo)致鋼索故障的主要因素，主要由于鋼索與滑輪、鋼絲與鋼絲之間的磨損促使疲勞裂紋的萌生。在滑輪材料和直徑不變的實(shí)際情況下，可以減少扭轉(zhuǎn)及二次彎曲為主要目標(biāo)來實(shí)現(xiàn)飛行副翼傳動(dòng)鋼索磨損的減少。新的鋼索替代材料應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)。

從力學(xué)角度為主要出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)分析與飛行副翼傳動(dòng)鋼索特性緊密相關(guān)的拉伸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。

根據(jù)胡克定律進(jìn)一步分析幾種不同塑形材料材料在拉伸過程的四個(gè)階段：線彈性階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和頸縮破壞階段。伸長率ε和應(yīng)變率σ特性關(guān)系如圖所示

可以得出結(jié)論：不銹鋼材料張力和強(qiáng)度比其他塑形材料都要好，加上比低碳鋼更加耐磨和抗腐蝕；所以最適合制造飛行副翼傳動(dòng)鋼索。

由于原裝飛行模擬機(jī)所有鋼索備件完全依靠加拿大廠商TRU進(jìn)口購買，費(fèi)用實(shí)在高昂，我們尋找一種適合做鋼索的國產(chǎn)材料替代原裝鋼索。首先對(duì)比一下選擇的國產(chǎn)鋼絲和進(jìn)口鋼絲的實(shí)際差異。

1）使用壽命的比較如圖表所示

通過實(shí)際數(shù)據(jù)可以看出，所選擇的國產(chǎn)鋼絲使用壽命長，并且磨損程度較小。

2）力學(xué)性能變化比較

由實(shí)際數(shù)據(jù)可以直觀看出，國產(chǎn)鋼索力學(xué)性能較均勻，波動(dòng)??；幅度差明顯小于日本鋼絲；同時(shí)，國產(chǎn)鋼索的扭轉(zhuǎn)韌性和彎曲次數(shù)較好。

分析進(jìn)口鋼索和國產(chǎn)鋼索差距的內(nèi)在原因

（1）國產(chǎn)鋼索化學(xué)成分以及捻制質(zhì)量更均勻

國產(chǎn)索氏體化率高，斷面收縮率波動(dòng)小比國產(chǎn)鋼索高，不易在鋼絲表面形成疲勞裂紋，韌性更好。

（2）鋼索股絲數(shù)的配置對(duì)比

由數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，，國產(chǎn)鋼索的第一層和第二層絲徑大一些；這樣鋼索內(nèi)部結(jié)合更緊密，不容易出現(xiàn)散股現(xiàn)象，從而延長鋼索的使用壽命。

結(jié)論

通過對(duì)C172飛行模擬機(jī)副翼傳動(dòng)鋼索斷裂現(xiàn)象進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究，查明故障主要原因和高概率部位，并進(jìn)行可靠性分析。我們可以得出結(jié)論，制造飛行副翼傳動(dòng)鋼索應(yīng)當(dāng)選擇索氏體化率高、組織均勻質(zhì)量可靠、結(jié)構(gòu)緊密合理，具有適宜的拉伸強(qiáng)度和韌性的不銹鋼國產(chǎn)鋼索，和均勻充分的潤滑，適當(dāng)?shù)念A(yù)變形處理，能有效提高飛行副翼傳動(dòng)鋼索配件的使用壽命；從而降低飛行模擬器的故障發(fā)生率和維護(hù)費(fèi)用，提升飛行訓(xùn)練可用時(shí)間。

（作者單位：1.中國民航飛行學(xué)院遂寧分院，四川 遂寧629000；2.中國民航飛行學(xué)院綿陽分院，四川 綿陽 621000）endprint