某型飛機(jī)座艙蓋作動(dòng)筒不鎖定致座艙失密故障分析

郝天昊 郝琦 余大為

摘要：座艙氣密性對(duì)于保障飛行員生命安全十分重要。某型飛機(jī)因其座艙蓋作動(dòng)筒與鎖系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，作動(dòng)筒一旦不鎖定，極易導(dǎo)致座艙失密，危及飛行安全。本文對(duì)該型飛機(jī)座艙蓋操縱系統(tǒng)的原理及作動(dòng)筒不鎖定的原因進(jìn)行了深入分析及試驗(yàn)驗(yàn)證，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：座艙失密；座艙蓋操縱系統(tǒng)；作動(dòng)筒不鎖定

Keywords：cabin leakage；canopy operation system；unlocked actuator

1 故障現(xiàn)象

某型飛機(jī)發(fā)生座艙失密現(xiàn)象：在座艙蓋關(guān)閉、座艙蓋操縱作動(dòng)筒氣腔排氣后，座艙蓋聯(lián)接鎖開(kāi)鎖，座艙解除密封。

斷開(kāi)作動(dòng)筒與聯(lián)接鎖的連接后檢查發(fā)現(xiàn)，作動(dòng)筒排氣后活塞桿無(wú)法鎖定，存在緩慢伸出現(xiàn)象。分析認(rèn)為座艙失密的直接原因是作動(dòng)筒活塞桿不鎖定，緩慢伸出并頂起了座艙蓋聯(lián)接鎖鎖鉤，導(dǎo)致安裝在聯(lián)接鎖上的氣密開(kāi)關(guān)泄壓。該故障屬于座艙蓋液壓操縱系統(tǒng)故障。

2 系統(tǒng)工作原理

該型飛機(jī)分為單、雙座機(jī)兩種，座艙蓋液壓操縱系統(tǒng)工作原理相同（包括其衍生機(jī)型），用于在座艙蓋氣動(dòng)系統(tǒng)不工作時(shí)使用液壓開(kāi)啟和關(guān)閉座艙蓋，以及在不進(jìn)行操縱時(shí)鎖定座艙蓋。座艙蓋液壓操縱系統(tǒng)由座艙蓋操縱作動(dòng)筒、手動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)和管路組成，其中手動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)為一個(gè)組合附件，由液壓操縱開(kāi)關(guān)、操縱活門(mén)、氣壓作動(dòng)筒、液壓油箱、手搖泵等組成，原理如圖1所示。

座艙蓋操縱作動(dòng)筒為一個(gè)四腔作動(dòng)筒，有兩個(gè)氣腔和兩個(gè)液壓腔，均可用于開(kāi)啟和關(guān)閉座艙蓋。

當(dāng)氣動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，壓縮氣體進(jìn)入座艙蓋操縱作動(dòng)筒氣腔、氣壓作動(dòng)筒和操縱活門(mén)，通過(guò)氣壓作動(dòng)筒頂開(kāi)液壓操縱開(kāi)關(guān)的搖臂，使液壓操縱開(kāi)關(guān)的壓膠活門(mén)由正常鎖定位置（壓膠活門(mén)位于圖中右極限）移動(dòng)到中間通油位置，連通作動(dòng)筒兩液壓腔，并通過(guò)操縱活門(mén)打開(kāi)作動(dòng)筒液壓腔與液壓油箱的回油路，從而解除液壓系統(tǒng)的鎖定，使用氣壓開(kāi)啟和關(guān)閉座艙蓋。

氣動(dòng)系統(tǒng)不工作時(shí)，液壓操縱開(kāi)關(guān)處于正常鎖定位置，將操縱作動(dòng)筒的液壓上下腔隔離并鎖定，此時(shí)如需使用液壓開(kāi)啟座艙蓋，通過(guò)手搖泵輸出的壓力油可以打開(kāi)操縱活門(mén)，進(jìn)入作動(dòng)筒液壓下腔，液壓上腔的油液則通過(guò)操縱活門(mén)回到液壓油箱。當(dāng)需要使用液壓關(guān)閉座艙蓋時(shí)，應(yīng)使用機(jī)外手柄將液壓操縱開(kāi)關(guān)置于液壓關(guān)蓋位置（壓膠活門(mén)位于圖中左極限），使來(lái)自手搖泵的壓力油進(jìn)入液壓上腔，液壓下腔與液壓油箱連通。

3 原因分析及試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 作動(dòng)筒不鎖定原因分析

該型飛機(jī)座艙蓋關(guān)閉后，正常情況下，座艙蓋操縱作動(dòng)筒由手動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)上的液壓操縱開(kāi)關(guān)鎖定在關(guān)閉位置，原理圖可簡(jiǎn)化為圖2。

其中，P1、P2分別為作動(dòng)筒液壓下腔和上腔壓強(qiáng)，S1、S2分別為作動(dòng)筒液壓下腔和上腔活塞面積，F(xiàn)為活塞桿所承受的除液壓壓力之外的合力，主要包含三個(gè)部分：來(lái)自座艙蓋聯(lián)接鎖的壓力、作動(dòng)筒活塞桿的重力分量、活塞桿與筒體的摩擦力。

作動(dòng)筒活塞桿受力平衡時(shí)，有P1·S1 = P2·S2 + F。

根據(jù)合力F的變化，活塞桿通過(guò)改變上下腔壓強(qiáng)P1、P2來(lái)實(shí)現(xiàn)受力平衡，此時(shí)存在以下兩種情況：

1）當(dāng)作動(dòng)筒液壓腔、管路、手動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)內(nèi)的液壓油加注量合格且不存在多余的空氣，同時(shí)液壓操縱開(kāi)關(guān)鎖定良好時(shí)，由于液壓油的壓縮剛度較大，受壓時(shí)的體積變化很小，因此當(dāng)受力平衡時(shí)雖然P1、P2發(fā)生少許變化，但活塞桿位置基本不發(fā)生變化。

2）當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)油液不足或液壓操縱開(kāi)關(guān)存在滲漏時(shí)，空腔（氣）或滲漏會(huì)使液壓油提供的壓縮剛度降低，受壓時(shí)的體積變化增大，因此當(dāng)受力平衡和P1、P2發(fā)生變化時(shí)，活塞桿無(wú)法在原位鎖定，其位置會(huì)發(fā)生較明顯變化，產(chǎn)生伸出或回縮現(xiàn)象。

3.2 作動(dòng)筒向上伸出原因分析

正常情況下座艙蓋作動(dòng)筒受艙蓋重量壓迫，如果作動(dòng)筒不鎖定，其活塞桿應(yīng)在座艙蓋重力作用下下掉而不是上升。但是，當(dāng)座艙蓋關(guān)閉后，其重量主要由聯(lián)接鎖、氣密帶等承受，作動(dòng)筒實(shí)際受壓很小。另一方面，座艙蓋關(guān)閉過(guò)程中，操縱作動(dòng)筒的液壓下腔向上腔及液壓油箱補(bǔ)油，屬于壓力源，因此當(dāng)座艙蓋關(guān)閉到位、液壓壓力釋放后，下腔的剩余壓力通常高于上腔。此外，由于活塞桿只存在于液壓上腔并占據(jù)了上腔活塞的一部分受壓面積，作動(dòng)筒液壓下腔的活塞受壓面積大于上腔。以上三個(gè)因素綜合起來(lái)，導(dǎo)致了當(dāng)座艙蓋關(guān)閉后、作動(dòng)筒活塞桿不鎖定時(shí)，作動(dòng)筒活塞桿會(huì)在液壓上下腔的壓差作用下向上伸出。

3.3試驗(yàn)驗(yàn)證

1）在試驗(yàn)臺(tái)上實(shí)測(cè)

將手動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)與座艙蓋操縱作動(dòng)筒連接，作動(dòng)筒空載，使用氣壓收放作動(dòng)筒。

a. 正常加油時(shí)，活塞桿不伸出；

b. 將手動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)內(nèi)的油液放掉一部分，使系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生空腔，座艙蓋操縱作動(dòng)筒出現(xiàn)開(kāi)啟到位后下掉現(xiàn)象。此時(shí)收作動(dòng)筒活塞桿到底，放氣后活塞桿緩慢伸出約25mm；

c. 當(dāng)座艙蓋操縱作動(dòng)筒關(guān)閉、氣動(dòng)系統(tǒng)放氣后，作動(dòng)筒活塞桿鎖定，反復(fù)5次，保持時(shí)間分別為0.5h、1h、2h、5h、10h，下腔壓力均為0.49MPa，上腔壓力均為0.05MPa，下腔壓力高于上腔且保持穩(wěn)定。

2）在機(jī)上實(shí)測(cè)

a. 未斷開(kāi)座艙蓋操縱作動(dòng)筒與聯(lián)接鎖的連接且系統(tǒng)油液正常時(shí)，座艙蓋關(guān)閉后，活塞桿無(wú)緩慢伸出現(xiàn)象；

b. 斷開(kāi)作動(dòng)筒與聯(lián)接鎖的連接，并將液壓系統(tǒng)內(nèi)的油液放掉100mL左右，收作動(dòng)筒活塞桿到底，放氣后活塞桿伸出約20mm；

c. 斷開(kāi)作動(dòng)筒與聯(lián)接鎖的連接，重新對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行加油排氣后，伸出現(xiàn)象消失。

3）佐證案例

工廠修理過(guò)的首架某型飛機(jī)（故障機(jī)的衍生機(jī)型）也曾經(jīng)出現(xiàn)座艙蓋開(kāi)啟后下掉及關(guān)蓋后作動(dòng)筒緩慢伸出故障，手動(dòng)開(kāi)啟機(jī)構(gòu)返修后，確認(rèn)故障點(diǎn)為液壓操縱開(kāi)關(guān)壓膠活門(mén)滲漏，重新壓膠后故障均得以排除。

很明顯，以上試驗(yàn)結(jié)果及佐證案例與原因分析均相符。

3.4 其他影響因素

影響座艙蓋失密的其他因素有兩個(gè)，一是座艙蓋聯(lián)接鎖的開(kāi)鎖力下降，當(dāng)聯(lián)接鎖存在磨損，開(kāi)鎖力降低時(shí)，其鎖鉤更易受活塞桿伸出力的影響而產(chǎn)生移動(dòng)；二是氣密開(kāi)關(guān)開(kāi)始解除氣密時(shí)聯(lián)接鎖鎖鉤上移的行程量?。▓D樣要求為2.5±0.3mm），若該行程量不符合要求，活塞桿一旦無(wú)法鎖定，當(dāng)伸出較短時(shí)即可引起座艙失密。

3.5 單、雙座機(jī)的區(qū)別

據(jù)外場(chǎng)故障統(tǒng)計(jì)，該型飛機(jī)雙座機(jī)較單座機(jī)更容易發(fā)生座艙失密問(wèn)題，原因主要有以下兩個(gè)方面：

1）雙座機(jī)座艙蓋操縱作動(dòng)筒活塞的直徑（面積）比單座機(jī)更大，因此在液壓上下腔壓差相同時(shí)產(chǎn)生向上的推動(dòng)力更大，更容易推動(dòng)聯(lián)接鎖向上運(yùn)動(dòng)。

2）雙座機(jī)座艙蓋聯(lián)接鎖的開(kāi)鎖力（要求930～1075N）比單座機(jī)（要求980～1225N）更小，聯(lián)接鎖鎖鉤更容易被異常伸出的作動(dòng)筒活塞桿頂起。

3.6 小結(jié)

1）某型飛機(jī)座艙蓋作動(dòng)筒不鎖定導(dǎo)致座艙失密的根本原因是：系統(tǒng)加油量不滿足要求（存在空腔）或液壓操縱開(kāi)關(guān)不密封，導(dǎo)致液壓油提供的壓縮剛度降低，作動(dòng)筒活塞桿不能鎖定；關(guān)蓋后，活塞桿受液壓壓差力影響，克服來(lái)自聯(lián)接鎖的壓力、活塞桿重力及摩擦力等外力，緩慢伸出并頂起聯(lián)接鎖鎖鉤，造成氣密開(kāi)關(guān)泄壓，座艙失密。

2）其他影響因素包括聯(lián)接鎖鎖鉤和扇形件的磨損導(dǎo)致開(kāi)鎖力下降、氣密開(kāi)關(guān)開(kāi)始解除氣密時(shí)聯(lián)接鎖鎖鉤上移的行程量小等。

3）雙座機(jī)比單座機(jī)更易發(fā)生該類故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)分析可知，保持系統(tǒng)正常的加油量及做好排氣工作是預(yù)防該類問(wèn)題最主要和最重要的方法，特別是對(duì)于同類型的雙座飛機(jī)。還應(yīng)做到：

1）在座艙蓋出現(xiàn)下沉量過(guò)大現(xiàn)象時(shí)及時(shí)補(bǔ)加油和排氣，并可在加油排氣后斷開(kāi)作動(dòng)筒與聯(lián)接鎖的連接，檢查作動(dòng)筒應(yīng)無(wú)緩慢伸出現(xiàn)象，確保系統(tǒng)狀態(tài)良好。

2）定期檢查座艙蓋聯(lián)接鎖的磨損情況，保持開(kāi)鎖力符合要求。

3）在修理時(shí)嚴(yán)格保證氣密開(kāi)關(guān)開(kāi)始解除氣密時(shí)聯(lián)接鎖鎖鉤上移的行程量。

作者簡(jiǎn)介

郝天昊，工程師，主要從事飛機(jī)液壓及座艙蓋系統(tǒng)修理技術(shù)研究工作。

郝琦，工程師，主要從事飛機(jī)總體及操縱系統(tǒng)修理技術(shù)研究工作。

余大為，助理工程師，主要從事飛機(jī)起飛著陸系統(tǒng)修理技術(shù)研究工作。