起落架前輪轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)分流頭嘯叫研究分析

王奉龍，郭輝，李薇，嚴(yán)山欽

（中航飛機(jī)股份有限公司長沙起落架分公司，陜西漢中 723000）

0 引言

液壓傳動是飛機(jī)各操縱系統(tǒng)動力的主要來源。由于技術(shù)水平的限制，國內(nèi)早期軍用飛機(jī)的前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)大多采用的是機(jī)械-液壓系統(tǒng)。此類系統(tǒng)通過機(jī)械機(jī)構(gòu)（手輪或腳蹬）傳動操縱指令控制液壓助力器，以此提供轉(zhuǎn)彎力矩驅(qū)動前輪轉(zhuǎn)彎。飛機(jī)前起落架轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)是在試驗(yàn)臺操縱轉(zhuǎn)彎操作時(shí)，將液壓油傳遞給前起落架分流頭，操縱分流活門機(jī)構(gòu)，使液壓油經(jīng)分流活門進(jìn)入轉(zhuǎn)彎作動筒一側(cè)腔室（另一側(cè)腔室接液壓回路）推動活塞桿伸出、收回運(yùn)動，并帶動旋轉(zhuǎn)套筒、扭力臂、輪叉的運(yùn)動，驅(qū)動前起落架轉(zhuǎn)彎，實(shí)現(xiàn)前起落架轉(zhuǎn)彎操作。同時(shí)旋轉(zhuǎn)套筒安裝反饋機(jī)構(gòu)與活門套筒連接，反饋機(jī)構(gòu)將產(chǎn)品實(shí)際轉(zhuǎn)角反饋至分流頭，迫使飛機(jī)前起落架旋轉(zhuǎn)至所需角度并關(guān)閉分流活門，實(shí)現(xiàn)定角度轉(zhuǎn)彎操作[1-3]。在前起落架轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)轉(zhuǎn)至極限位置（如30°±1°）時(shí)，一旦出現(xiàn)液壓嘯叫現(xiàn)象，就不符合技術(shù)條件要求，還可能因嘯叫噪聲導(dǎo)致誤判規(guī)避產(chǎn)品質(zhì)量問題。因此，如何能徹底解決分流頭嘯叫問題，保證機(jī)前起落架轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)順利進(jìn)行，也是起落架驗(yàn)收指標(biāo)的一個(gè)重要體現(xiàn)。

1 前起落架轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)的組成

前起落架轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)由轉(zhuǎn)彎作動筒3、旋轉(zhuǎn)套筒4、反饋連桿5、分流頭6、上傳動結(jié)構(gòu)7、分流活門8等組成，如圖1所示。

圖1 前起落架轉(zhuǎn)彎操縱系的組成

2 前起落架轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)工作原理

前起落架轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)是一個(gè)機(jī)械隨動機(jī)構(gòu)。操縱機(jī)構(gòu)運(yùn)動，起落架跟隨轉(zhuǎn)彎；操縱機(jī)構(gòu)停止，機(jī)輪轉(zhuǎn)到相對應(yīng)的位置也停止。前輪轉(zhuǎn)彎有兩種操縱狀態(tài)，分別是操作狀態(tài)與減擺狀態(tài)。

2.1 操縱狀態(tài)

當(dāng)試驗(yàn)臺向前起落架分流頭供壓，液壓油進(jìn)入分流頭，經(jīng)過油濾進(jìn)入接通活門，在液壓作用下驅(qū)使接通活門向一端移動，壓縮彈簧[4]，打開分流頭的供油通路和回油通路。分流活門由活門與活門套筒組成，其活門與傳動機(jī)構(gòu)的萬向軸下部接頭連接，連接方式為剛性連接，活門套筒與反饋連桿連接之間也為剛性連接。當(dāng)操縱上傳動機(jī)構(gòu)時(shí)，其機(jī)械信號將傳遞給分流頭，使分流活門轉(zhuǎn)過某一角度，在液壓作用下驅(qū)動轉(zhuǎn)彎作動筒運(yùn)動，此時(shí)左、右轉(zhuǎn)彎作動筒各有一個(gè)腔經(jīng)分流頭供油路相通，另一個(gè)腔與回油相通。轉(zhuǎn)彎作動筒的運(yùn)動帶動旋轉(zhuǎn)套筒、扭力臂、輪叉，使起落架也轉(zhuǎn)過與活門相同的角度。此時(shí)，與活門套筒連接的反饋連桿隨起落架一起轉(zhuǎn)動，間接帶動活門套筒轉(zhuǎn)動一個(gè)與活門方向、大小相等的角度。隔斷供油路和回油路，中止向轉(zhuǎn)彎作動筒供油，前起落架被鎖定在偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，操縱產(chǎn)品轉(zhuǎn)彎完成。

2.2 減擺狀態(tài)

當(dāng)試驗(yàn)臺停止向前起落架分流頭供壓，接通活門在彈簧力的作用下向上運(yùn)動，恢復(fù)至初始位置，從而隔斷油液向分流活門流動，并阻斷分流頭進(jìn)、回油路[5]。此時(shí)，兩轉(zhuǎn)彎作動筒通過分流頭內(nèi)部節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)兩腔室相通，油液自轉(zhuǎn)彎作動筒的一側(cè)腔流向另一側(cè)腔，流動過程受到截流阻力。當(dāng)發(fā)生前起落架擺動型振動時(shí)，液壓油流量增大，截流閥實(shí)現(xiàn)阻尼作用，使機(jī)構(gòu)內(nèi)的液壓能轉(zhuǎn)化為熱能而被消耗，減少振動沖擊實(shí)現(xiàn)前起落架減擺操作。

3 前起落架轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)分流頭嘯叫機(jī)理分析

分流頭液壓原理簡圖如圖2所示。由前起落架轉(zhuǎn)彎原理可知：當(dāng)在試驗(yàn)臺操縱系統(tǒng)操縱上傳動機(jī)構(gòu)并向分流頭供壓，液壓油進(jìn)入分流頭：液壓油流向進(jìn)油口8→油濾6→接通活門4→分流活門→接口5進(jìn)入一轉(zhuǎn)彎作動筒的一側(cè)腔，同時(shí)另一作動筒另一側(cè)腔的液壓油經(jīng)接口7返回分流活門進(jìn)入回油路。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎作動筒的伸出、收回運(yùn)動，同時(shí)轉(zhuǎn)彎作動筒帶動旋轉(zhuǎn)套筒等相關(guān)運(yùn)動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)起落架轉(zhuǎn)彎運(yùn)動，轉(zhuǎn)彎反饋連桿與旋轉(zhuǎn)套筒、活門套筒連接，驅(qū)動活門套筒轉(zhuǎn)動一個(gè)與分流活門方向、大小相等的角度，使分流活門處于封閉狀態(tài)（如圖3左），隔斷供油路和回油路，中止向轉(zhuǎn)彎作動筒供油，前起落架被鎖定在偏轉(zhuǎn)狀態(tài)[5-7]。

圖2 分流頭液壓原理簡圖

試驗(yàn)臺轉(zhuǎn)彎操縱系統(tǒng)操縱起落架轉(zhuǎn)彎30°±1°時(shí)，操縱指令通過上傳動機(jī)構(gòu)傳遞給分流頭中活門，并帶動其轉(zhuǎn)動30°±1°，同時(shí)試驗(yàn)臺向分流頭供壓，實(shí)現(xiàn)前起落架轉(zhuǎn)彎，而反饋機(jī)構(gòu)的反饋連桿將轉(zhuǎn)彎角度反饋活門套筒，使前起落架轉(zhuǎn)彎30°±1°。當(dāng)前起落架轉(zhuǎn)至30°±1°時(shí)出現(xiàn)分流頭液壓嘯叫，結(jié)合前起落架工作原理分析可知：液壓油進(jìn)入分流頭，其活門與活門套筒旋轉(zhuǎn)角度未實(shí)現(xiàn)同步，分流活門未封閉存有間隙（如圖3右）。當(dāng)高壓液壓油通過分流活門間隙，流速急劇變化產(chǎn)生湍流，從而導(dǎo)致分流頭產(chǎn)生液壓嘯叫現(xiàn)象。分流頭液壓嘯叫直接原因就是：活門與活門套筒旋轉(zhuǎn)角度不同步，分流活門未封閉存有間隙。

圖3 分流活門

根據(jù)操縱系統(tǒng)工作原理：分流活門轉(zhuǎn)過角度為操縱角度，與試驗(yàn)臺操縱角度有關(guān)，而活門套筒角度為產(chǎn)品實(shí)際轉(zhuǎn)角通過反饋連桿帶動其轉(zhuǎn)動角度，理論上兩者轉(zhuǎn)動角度相同。又根據(jù)前起落架轉(zhuǎn)彎操縱原理知，操縱角度一定不會小于反饋角度。若兩者角度不等，則判定為操縱角度大于反饋角度，如何控制、調(diào)節(jié)反饋角度與操縱角度相同是解決該問題的關(guān)鍵。反饋角度為前起落架實(shí)際轉(zhuǎn)角即反饋連桿帶動活門套筒轉(zhuǎn)過的角度。首先，控制起落架實(shí)際轉(zhuǎn)彎角度，保證設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)彎范圍在30°±1°，將其轉(zhuǎn)彎角度控制在30°～31°（即產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)左右轉(zhuǎn)彎能力30°～31°）。前起落架實(shí)際轉(zhuǎn)角通過機(jī)械限位保證，可通過轉(zhuǎn)彎作動筒的活塞桿最大伸出量調(diào)節(jié)；其次，反饋連桿與旋轉(zhuǎn)套筒及活門套筒的連接間隙同為重要，旋轉(zhuǎn)套筒、反饋連桿、活門套筒三者構(gòu)成角度反饋機(jī)構(gòu)，三者均為剛性鉸接，存在鉸接間隙；當(dāng)旋轉(zhuǎn)套筒被轉(zhuǎn)彎作動筒帶動轉(zhuǎn)彎時(shí)，前起落架實(shí)際轉(zhuǎn)角通過反饋機(jī)構(gòu)反饋至活門套筒，若三者鉸接間隙過大，會將前起落架反饋角度變小或滯后。

經(jīng)上述分析，消除前起落架轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)過程中分流頭液壓嘯叫現(xiàn)象，主要可通過加大前起落架轉(zhuǎn)彎角度（調(diào)節(jié)左右轉(zhuǎn)彎作動筒的活塞桿最大伸出量），將產(chǎn)品轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)能力控制在30°～31°角度內(nèi)，減少反饋機(jī)構(gòu)三者鉸接的傳動間隙，降低反饋角度的衰減滯后。

4 方案實(shí)施驗(yàn)證

經(jīng)對影響反饋機(jī)構(gòu)傳動間隙零組件尺寸進(jìn)行理論計(jì)算，間隙范圍僅為0.013～0.545 mm。因此，采用控制尺寸減少其反饋間隙尺寸調(diào)整有限。過量減少配合間隙，也間接帶來負(fù)面影響：零件加工精度的提高，一定程度上增加了其制造加工成本，間接也造成了零組件的裝配難度，影響裝配后鉸接部位的運(yùn)動靈活性。理論上，通過減少反饋機(jī)構(gòu)三者鉸接的傳動間隙可降低反饋角度滯后，但在實(shí)際操作過程中存在諸多的問題，因此解決前起落架轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)過程液壓嘯叫現(xiàn)象，主要還需通過加大前起落架轉(zhuǎn)彎角度（即轉(zhuǎn)彎作動筒的活塞桿最大伸出量）方法，如對前起落架（編號：xx87）轉(zhuǎn)彎角度控制在29°～30°之間（可將左轉(zhuǎn)彎角度控制在29.2°，右轉(zhuǎn)彎角度控制在29.5°），然后將其安裝在前起落架試驗(yàn)臺上進(jìn)行轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)。當(dāng)試驗(yàn)臺操縱前起落架左右轉(zhuǎn)彎時(shí)，由于產(chǎn)品機(jī)械限位（即左右轉(zhuǎn)彎作動筒活塞桿最大伸出量受限），左轉(zhuǎn)彎僅能轉(zhuǎn)至29.2°，右轉(zhuǎn)彎僅能轉(zhuǎn)至29.5°，當(dāng)試驗(yàn)臺操作轉(zhuǎn)彎指令給出左右轉(zhuǎn)彎分別30°時(shí)，產(chǎn)品轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)過程出現(xiàn)分流頭液壓嘯叫現(xiàn)象，然后將其產(chǎn)品左右轉(zhuǎn)彎角度進(jìn)行調(diào)整（對左右轉(zhuǎn)彎作動筒活塞桿最大伸出量進(jìn)行調(diào)整），使產(chǎn)品左右轉(zhuǎn)彎角度保證在30°～31°之間（產(chǎn)品實(shí)際機(jī)械左右轉(zhuǎn)彎角度最大至30.5°）。此時(shí)，對產(chǎn)品繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)臺操縱前起落架左右轉(zhuǎn)彎時(shí)，試驗(yàn)臺給出轉(zhuǎn)彎指令左右分別為30°，此時(shí)產(chǎn)品實(shí)際左右轉(zhuǎn)彎角度由試驗(yàn)臺給出轉(zhuǎn)彎指令決定，即產(chǎn)品實(shí)際左右轉(zhuǎn)彎分別轉(zhuǎn)至30°，分流頭將不會發(fā)生液壓嘯叫現(xiàn)象。加大前起落架轉(zhuǎn)彎角度可作為解決分流頭嘯叫的首選方案。

5 結(jié)論

前起落架轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)出現(xiàn)的分流頭液壓嘯叫現(xiàn)象，癥結(jié)在前起落架轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)與反饋機(jī)構(gòu)。前起落架轉(zhuǎn)彎角度與反饋機(jī)構(gòu)間隙是影響反饋角度的主要因素，通過控制前起落架轉(zhuǎn)彎角度（轉(zhuǎn)彎作動筒的活塞桿最大伸出量），減少反饋機(jī)構(gòu)三者之間鉸接傳動間隙，但減少傳動間隙工藝實(shí)施過程難度較大，所以控制前起落架轉(zhuǎn)彎角度為最直接有效解決轉(zhuǎn)彎試驗(yàn)過程中分流頭液壓嘯現(xiàn)象的方法。對某型號前起落架左右轉(zhuǎn)彎角度調(diào)整至30°～31°之間，試驗(yàn)臺給出轉(zhuǎn)彎指令左右分別為30°時(shí)，試驗(yàn)臺操縱前起落架左右轉(zhuǎn)彎過程中，分流頭不會發(fā)生液壓嘯叫現(xiàn)象。