某型機(jī)起落架前輪轉(zhuǎn)彎舵操縱活塞桿漂移研究

韓持剛， 郭輝， 李薇， 嚴(yán)山欽

（中航飛機(jī)股份有限公司 長(zhǎng)沙起落架分公司，陜西漢中 723003）

0 引言

飛機(jī)起落架前輪轉(zhuǎn)彎主要通過方向舵腳蹬操縱前輪轉(zhuǎn)彎，保證前輪偏轉(zhuǎn)方向與方向舵的偏轉(zhuǎn)方向的一致性。前起落架方向舵在中立位置時(shí)（即舵板操縱開關(guān)中分流活門處于中立位置），前輪處于中立位置。當(dāng)方向舵向兩側(cè)各偏轉(zhuǎn)25°±1°時(shí)（對(duì)應(yīng)腳蹬位移（86±5）mm），前輪對(duì)應(yīng)向兩側(cè)偏轉(zhuǎn)8°±2°，需30 s內(nèi)穩(wěn)定。外場(chǎng)頻發(fā)的起落架前輪轉(zhuǎn)彎故障是在30 s內(nèi)無法穩(wěn)定偏轉(zhuǎn)角。雖然目前可以通過更換舵板活門滿足設(shè)計(jì)偏轉(zhuǎn)量要求，但是拆裝單舵板活門過程繁瑣，還影響起落架系統(tǒng)密封性和手舵一致性[1-4]。

1 前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)的組成

前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)由手操縱機(jī)構(gòu)、前輪手操縱裝置、手操縱控制活門、電磁換向閥、分配轉(zhuǎn)換活門、節(jié)流活門、前輪轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒、節(jié)流嘴、舵板活門、安全活門、搖桿機(jī)構(gòu)、反饋拉桿和防扭臂組成，如圖1所示。

2 前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)舵板操縱工作原理

前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)是一個(gè)機(jī)械隨動(dòng)機(jī)構(gòu)。操縱機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，機(jī)輪跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)；操縱機(jī)構(gòu)停止，機(jī)輪轉(zhuǎn)到相對(duì)應(yīng)的位置也停止[5]。前輪轉(zhuǎn)彎有兩種操縱狀態(tài)，滑行操縱狀態(tài)和起飛著陸操縱狀態(tài)。在起飛著陸狀態(tài)時(shí)，靠舵板機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)前輪的操縱，而舵板活門是一個(gè)旋轉(zhuǎn)柱塞式液壓操縱活門，把用腳蹬舵板的操縱信號(hào)變?yōu)榉至骰铋T的轉(zhuǎn)動(dòng)，把前輪轉(zhuǎn)動(dòng)的回饋信號(hào)變?yōu)榉至饕r套的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制飛機(jī)在起飛和著落滑跑過程中輸向轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒的壓力油，以改變前輪的轉(zhuǎn)向。

圖1 某型號(hào)前輪轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)原理圖

為實(shí)現(xiàn)舵板操縱，駕駛員必須將中央操縱臺(tái)上的前輪轉(zhuǎn)彎切換開關(guān)扳到“腳操縱”位置。此時(shí)，前起落架緩沖支柱處于壓縮狀態(tài)，電磁閥的控制舵板操縱的電磁鐵接通，左系統(tǒng)來的壓力油經(jīng)電磁閥向舵板活門供壓，使蹬舵操縱前輪轉(zhuǎn)彎處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)。當(dāng)操縱方向舵腳蹬板時(shí)，方向舵在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，其操縱系統(tǒng)中的拉桿帶動(dòng)舵板活門的搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)，使舵板活門內(nèi)的分流活門轉(zhuǎn)動(dòng)并接通油路，壓力油經(jīng)舵板活門、分配轉(zhuǎn)換活門再進(jìn)入節(jié)流活門。在油壓作用下，節(jié)流活門內(nèi)部滑閥軸向移動(dòng)，首先切斷節(jié)流活門內(nèi)溝通作動(dòng)筒兩腔的節(jié)流通道，溝通進(jìn)入轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒的油路。此時(shí)，壓力油經(jīng)節(jié)流活門進(jìn)入轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒的一側(cè)腔，驅(qū)動(dòng)前輪轉(zhuǎn)彎，另一側(cè)腔的油液經(jīng)節(jié)流活門、分配活門和舵板活門返回右系統(tǒng)油箱。當(dāng)向相反方向蹬動(dòng)方向舵腳蹬板時(shí)，舵板活門中的分流活門向相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)輪也就向相反方向轉(zhuǎn)彎。

3 舵操縱過程中活塞桿漂移機(jī)理分析

由前起落架舵操縱控轉(zhuǎn)彎原理知，當(dāng)舵板活門內(nèi)的分流活門轉(zhuǎn)動(dòng)，并接通油路系統(tǒng)后，經(jīng)過兩個(gè)重要組件將油液輸送到前起落架的轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒的一側(cè)腔中至轉(zhuǎn)換活門、節(jié)流活門（圖2為轉(zhuǎn)換活門的結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖、圖3為節(jié)流活門的結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖）。舵板轉(zhuǎn)換活門有4個(gè)管嘴，分別代號(hào)1號(hào)管嘴～4號(hào)管嘴，其中1號(hào)管嘴為進(jìn)油管嘴，4號(hào)管嘴為回油管嘴，2號(hào)管嘴和3號(hào)管嘴為工作管嘴。2、3號(hào)管嘴與轉(zhuǎn)換活門中的⑥管嘴和④管嘴相連接，并配合工作，不論從⑥管嘴還是④管嘴輸入壓力，轉(zhuǎn)換活門中的分流活門都會(huì)克服彈簧作用力向右移動(dòng)，分別使⑤與③連通，④與②連通。轉(zhuǎn)換活門中的①管嘴和⑤管嘴分別與操縱臺(tái)上的工作管嘴相連，在“手操縱”控制前輪轉(zhuǎn)彎過程中，該管嘴與操縱臺(tái)上的工作管嘴保持常通狀態(tài)，而③管嘴和②管嘴分別與節(jié)流管嘴相連，再分別通向節(jié)流活門的“10左”管嘴和“10右”管嘴相連，無論從“10左”管嘴還是“10右”管嘴輸入油壓，節(jié)流活門中的分流活門都會(huì)克服彈簧作用力向右移動(dòng)，分別使“10左”與“左”連通，“10右”與“右”連通，最終將油液輸送到轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒的一腔中，而另一腔通過回油管路將油液輸送到油箱，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。

從逆向航向看，當(dāng)舵板活門的搖臂逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)中的油液通過舵板活門上的3 號(hào)管嘴進(jìn)入到轉(zhuǎn)換活門的④管嘴，繼而與②管嘴連通，油液流入節(jié)流活門“10右”管嘴，推動(dòng)節(jié)流活門中的活門向右移動(dòng)，“10右”管嘴和“右”管嘴相序連通，最后流入轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒的右腔（如圖1），轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒的左腔油液再經(jīng)過“左”管嘴→“10左”管嘴→③管嘴→⑥管嘴→2號(hào)管嘴→4號(hào)管嘴進(jìn)入油箱，最終實(shí)現(xiàn)前起落架的右轉(zhuǎn)。同樣，當(dāng)舵板活門的搖臂順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)油液流經(jīng)2號(hào)管嘴→⑥管嘴→③管嘴→“10左”管嘴→“左”管嘴進(jìn)入轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒的左腔，同時(shí)轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒的右腔油液經(jīng)過“右”管嘴→“10右”管嘴→②管嘴→④管嘴→3號(hào)管嘴→4號(hào)管嘴進(jìn)入油箱，最終實(shí)現(xiàn)前起落架的左轉(zhuǎn)。

圖2 轉(zhuǎn)換活門結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖

圖3 節(jié)流活門結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖

當(dāng)方向舵向兩側(cè)各偏轉(zhuǎn)25°±1°（對(duì)應(yīng)腳蹬位移86 mm±5 mm），前輪對(duì)應(yīng)向兩側(cè)偏轉(zhuǎn)8 °±2 °，30 s內(nèi)未穩(wěn)定，前起落架活塞桿產(chǎn)生漂移時(shí)，結(jié)合前起落架轉(zhuǎn)彎功能原理可知：轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒中兩腔油壓存在壓力差，壓力差的產(chǎn)生與舵板活門的活門位置狀態(tài)有直接關(guān)系。

舵板活門中的活門處于中立位置的標(biāo)準(zhǔn)是被油壓驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒的活塞桿的移動(dòng)速度不大于0.1 mm/s，反映到圖2中就是2號(hào)管嘴和3號(hào)管嘴輸出的油液存在壓力差。當(dāng)活門完全關(guān)閉，電磁閥處于供壓狀態(tài)時(shí)，可能有部分油液從舵板活門的2號(hào)管嘴和3號(hào)管嘴滲出。當(dāng)2號(hào)管嘴和3號(hào)管嘴輸出的油液直接進(jìn)入轉(zhuǎn)換活門的⑥管嘴和④管嘴，轉(zhuǎn)換活門關(guān)閉時(shí)，隨著油液能量不斷積蓄，壓力一旦大于0.1 MPa，會(huì)迫使轉(zhuǎn)換活門打開；待能量釋放、轉(zhuǎn)移后，壓降小于0.03 MPa活門又會(huì)關(guān)閉，這樣油液就會(huì)以脈動(dòng)式的方式流入下一個(gè)組件節(jié)流活門（一般節(jié)流活門的打開壓力為不大于1.37 MPa，關(guān)閉壓力為不小于0.49 MPa）。同樣，油液也會(huì)脈動(dòng)式地流入轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒，使兩腔逐漸產(chǎn)生一定大小的壓力差，驅(qū)動(dòng)作動(dòng)筒內(nèi)的活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)。而實(shí)際可能不會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象，原因在于節(jié)流活門打開的時(shí)間很短，只有在液壓管路中蓄能到一定量的時(shí)候才能打開。只要節(jié)流活門關(guān)閉，它的另外一個(gè)重要作用就會(huì)發(fā)揮出來，即轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒的兩腔通過節(jié)流活門的節(jié)流通道構(gòu)成一個(gè)減擺裝置，可達(dá)到平衡作動(dòng)筒兩腔的壓力，消除活塞桿“漂移”的功效。

當(dāng)舵板活門中的分流活門處于未完全關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)管路會(huì)持續(xù)不斷地給下游功能組件輸送液壓油，并在轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒中形成壓力差，從而驅(qū)使前起落架活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生“漂移”。若起落架反饋機(jī)構(gòu)不能準(zhǔn)確、及時(shí)地關(guān)閉舵板活門的分流活門，30 s后前起落架活塞桿仍會(huì)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，無法保證偏轉(zhuǎn)角度8°±2°。

經(jīng)以上分析知，提高反饋機(jī)構(gòu)的反饋準(zhǔn)確度是解決活塞桿的漂移的最直接方法。結(jié)合前輪舵操縱轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)故障排查經(jīng)驗(yàn)：調(diào)整反饋拉桿的轉(zhuǎn)動(dòng)間隙、減小小防扭力臂之間間隙和調(diào)整鋼索預(yù)緊力能有效減少此類故障的發(fā)生。

4 結(jié)論

前起落架活塞桿發(fā)生漂移且30 s之內(nèi)無法停止，與更換舵板活門大關(guān)系不大，主要癥結(jié)在于起落架反饋機(jī)構(gòu)，即由反饋拉桿、小防扭力臂、輪子和鋼索等組成的反饋機(jī)構(gòu)，其鋼索的預(yù)緊力、小防扭力臂之間和反饋拉桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)間隙及輪子的直徑大小是影響反饋結(jié)果的主要因素，可通過嚴(yán)控輪子直徑尺寸、消除反饋拉桿上轉(zhuǎn)動(dòng)間隙、減小小防扭臂之間轉(zhuǎn)動(dòng)間隙，保證鋼索滿足設(shè)計(jì)預(yù)緊力要求，有效地解決起落架活塞桿漂移問題。