某型飛機(jī)襟翼驅(qū)動故障分析及維修策略

姜建輝 王宇 張書成

摘要：某型飛機(jī)飛行中襟翼在運(yùn)動過程中出現(xiàn)卡滯，結(jié)合襟翼工作原理深入分析，明確故障機(jī)理，從外場維護(hù)角度提出一些檢查改進(jìn)建議，盡可能將故障暴露在地面檢查過程中，確保飛行安全。

關(guān)鍵詞：襟翼驅(qū)動系統(tǒng)；卡滯；改進(jìn)

Keywords：flap drive system；stuck；improvement

1 故障現(xiàn)象

某飛機(jī)返航著陸過程中，飛行員反映襟縫翼操縱手柄由巡航構(gòu)型放至著陸構(gòu)型，襟翼在運(yùn)動過程中異常停止，CAS信息報(bào)“襟翼驅(qū)動故障”。

此后，多次嘗試放襟翼失敗，轉(zhuǎn)入應(yīng)急著陸程序，以故障構(gòu)型安全著陸。落地后，飛控系統(tǒng)重新上電，在地面進(jìn)行20余次襟縫翼收放檢查，除兩側(cè)外襟翼內(nèi)側(cè)下吊式變角減速器存在異響外，系統(tǒng)工作正常，故障未復(fù)現(xiàn)。

2 故障分析

2.1 故障過程分析

通過飛參數(shù)據(jù)對故障過程進(jìn)行分析，整個(gè)過程中存在的不正?，F(xiàn)象主要有以下三點(diǎn)：

1）飛行員將襟縫翼手柄由巡航構(gòu)型放至著陸構(gòu)型，襟翼運(yùn)動到中途停止，發(fā)生由“襟翼PDU過載打滑”而引起的“襟翼驅(qū)動故障”告警；

2）飛行員將襟縫翼操縱手柄由起飛構(gòu)型放至著陸構(gòu)型，襟翼向收起方向運(yùn)動2.7°停止，運(yùn)動方向與指令方向相反，“襟翼PDU驅(qū)動通道1”和“襟翼PDU驅(qū)動通道2”同時(shí)故障，CAS報(bào)“襟翼驅(qū)動故障”告警；

3）變角減速器存在異響。

2.2 故障原因分析

1）襟翼PDU過載打滑分析

為保證傳動線系能夠承受來自襟翼PDU的驅(qū)動扭矩，且不發(fā)生永久變形，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有過載保護(hù)功能。

過載保護(hù)功能：當(dāng)襟翼PDU輸出軸負(fù)載大于設(shè)定的保護(hù)門限值時(shí)，襟翼PDU力矩限制器打滑，持續(xù)打滑超出設(shè)定時(shí)間范圍，輸出軸制動。此故障為可恢復(fù)故障，當(dāng)襟縫翼操縱手柄發(fā)出新的控制指令后，故障清除并按照新控制指令進(jìn)行運(yùn)動。

經(jīng)過初步判定，“襟翼PDU過載打滑”的原因?yàn)榻笠矸朗罩苿友b置WTB解制動故障、傳動線系中存在機(jī)械卡滯點(diǎn)、襟翼PDU執(zhí)行部件力矩限制器的外端機(jī)械部分存在卡滯。

2）“襟翼PDU驅(qū)動通道1、2故障”原因分析

襟翼PDU驅(qū)動通道1、2故障的監(jiān)控邏輯為：襟翼PDU控制器中對驅(qū)動通道進(jìn)行“過壓”“轉(zhuǎn)速閉環(huán)超差”“電機(jī)霍爾故障”監(jiān)控，當(dāng)某一通道出現(xiàn)任一故障后，襟翼PDU控制器將之綜合為襟翼PDU驅(qū)動通道1或襟翼PDU驅(qū)動通道2故障，并上報(bào)襟縫翼控制器。以“襟翼PDU驅(qū)動通道故障”為頂事件，其故障樹如圖1所示。

“驅(qū)動通道母線過壓”的監(jiān)控邏輯為：當(dāng)驅(qū)動通道母線電壓超過350V且持續(xù)5s，則判定“驅(qū)動通道母線過壓”故障發(fā)生。結(jié)合飛參數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，故障中并未記錄整流電源故障，且電機(jī)反轉(zhuǎn)的時(shí)間僅為1.2s左右，在判定時(shí)間關(guān)系上與此次機(jī)上故障的飛參數(shù)據(jù)不符，可以排除。

電機(jī)霍爾為雙備份通道，兩個(gè)電機(jī)霍爾物理隔離，同時(shí)發(fā)生故障的概率極低，可以初步排除。

轉(zhuǎn)速閉環(huán)超差的監(jiān)控邏輯為：襟翼PDU控制器中采集電機(jī)轉(zhuǎn)速信號與指令轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速比較差值超出并持續(xù)一定時(shí)間后，判定為轉(zhuǎn)速閉環(huán)超差故障。飛參數(shù)據(jù)顯示，襟翼舵面從開始運(yùn)動到襟翼PDU驅(qū)動通道1、2故障時(shí)長為1s，并且舵面運(yùn)動方向與指令方向相反，滿足判定邏輯。

綜上所述，可以判定“襟翼PDU驅(qū)動通道1、2故障”的原因?yàn)榻笠鞵DU驅(qū)動通道1和襟翼PDU驅(qū)動通道2發(fā)生由于實(shí)際運(yùn)動方向與指令方向相反引起的“轉(zhuǎn)速閉環(huán)超差”故障。

3）襟翼反向運(yùn)動原因分析

襟縫翼操縱手柄由起飛構(gòu)型放至著陸構(gòu)型，襟翼向收起方向運(yùn)動2.7°停止，運(yùn)動方向與指令方向相反，產(chǎn)生此現(xiàn)象有兩種原因。第一，下吊式變角減速器中無返回機(jī)構(gòu)故障，導(dǎo)致氣動載荷反傳驅(qū)動舵面運(yùn)動。對無返回機(jī)構(gòu)工作原理進(jìn)行分析，得知至少需要兩個(gè)下吊式變角減速器中無返回機(jī)構(gòu)故障，才能導(dǎo)致在氣動載荷的作用下舵面回收，該情況概率極低。根據(jù)變角減速器分解檢查情況，無返回機(jī)構(gòu)未發(fā)現(xiàn)故障，故此情況可排除。第二，傳動線系中卡滯，使得扭力桿發(fā)生形變。襟翼PDU輸出軸打滑后襟翼防收制動裝置WTB和襟翼PDU輸出軸均制動，當(dāng)新指令產(chǎn)生后，襟翼防收制動裝置WTB和襟翼PDU均解除剎車后，形變恢復(fù)帶動舵面運(yùn)動。假如卡滯點(diǎn)在襟翼PDU執(zhí)行部件輸出軸，不會發(fā)生積聚能量的形變，造成舵面的反轉(zhuǎn)，因此可排除襟翼PDU執(zhí)行部件輸出軸卡滯。假如襟翼防收制動裝置WTB解剎車故障造成打滑，則傳動線系中產(chǎn)生形變積聚能量，當(dāng)新指令產(chǎn)生后，襟翼防收制動裝置WTB首先解制動，傳動線系的形變會立刻朝向放襟翼的方向恢復(fù)，而不是收襟翼的方向，因此可排除襟翼防收制動裝置WTB解剎車故障。

綜合“襟翼PDU過載打滑”“襟翼PDU驅(qū)動通道1、2故障”和襟翼反向運(yùn)動的原因分析，可以判定，襟翼傳動線系中存在機(jī)械卡滯點(diǎn)，導(dǎo)致“襟翼PDU過載打滑”，造成襟翼傳動線系發(fā)生形變積聚能量，當(dāng)新指令產(chǎn)生后，襟翼防收制動裝置WTB和襟翼PDU均解剎車后，形變恢復(fù)帶動舵面運(yùn)動，造成“襟翼PDU驅(qū)動通道1、2故障”。以“機(jī)械卡滯”為頂事件，故障樹如圖2所示。

a. 沿翼展方向分布扭力桿及導(dǎo)向件卡滯

沿翼展方向分布扭力桿為雙萬向節(jié)形式，其兩端均由支座組件支撐，支座組件為軸承+花鍵軸形式，本身具有對機(jī)翼變形適應(yīng)功能，軸承卡滯概率極低。

b. 下吊式變角減速器+絲杠機(jī)構(gòu)卡滯

單側(cè)兩塊襟翼，每塊襟翼由兩個(gè)下吊式變角減速器+絲杠機(jī)構(gòu)驅(qū)動，絲杠機(jī)構(gòu)的故障模式是傳動效率降低和滾珠損壞，不會導(dǎo)致卡滯，所以主要排查下吊式變角減速器。

c. 襟翼運(yùn)動機(jī)構(gòu)卡滯

襟翼運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括前襟運(yùn)動機(jī)構(gòu)、主襟運(yùn)動機(jī)構(gòu)和后襟翼運(yùn)動機(jī)構(gòu)。飛機(jī)發(fā)生襟翼PDU打滑保護(hù)時(shí)襟翼在運(yùn)動中途停止，此時(shí)前襟、主襟、后襟三部分疊在一起放出，前襟和后襟翼運(yùn)動機(jī)構(gòu)都尚未工作，故可以排除前襟運(yùn)動機(jī)構(gòu)和后襟翼運(yùn)動機(jī)構(gòu)卡滯事件，應(yīng)著重檢查主襟運(yùn)動機(jī)構(gòu)。

由于變角減速器存在異響，且卡滯點(diǎn)可能與變角減速器有關(guān)，因此對變角減速器進(jìn)行離位檢查。在機(jī)上功能檢查過程中及性能測試變角減速器時(shí)，變角減速器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中均存在咯噔的異常聲響。針對異響原因制造商給出的解釋是：襯套與十字軸之間產(chǎn)生了間隙，在軸承載荷的作用下襯套與十字軸發(fā)生撞擊；變角減速器存在聲響對產(chǎn)品的功能和性能無影響。對產(chǎn)品分解檢查，發(fā)現(xiàn)變角減速器組件存在銹蝕，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，變角減速器內(nèi)部銹蝕導(dǎo)致摩擦力過大，進(jìn)一步導(dǎo)致襟翼PDU輸出軸打滑。

2.3 故障形成機(jī)理

由于變角減速器內(nèi)部銹蝕導(dǎo)致摩擦力過大，輸出軸與變角減速器之間的傳動線系發(fā)生形變而積聚能量，襟翼PDU輸出軸打滑，導(dǎo)致襟翼運(yùn)動到中途停止，機(jī)理清楚。分析認(rèn)為變角減速器內(nèi)部銹蝕的原因?yàn)槠鋬?nèi)部存在進(jìn)水，針對此現(xiàn)象對該型產(chǎn)品進(jìn)行了普查，在其他飛機(jī)上并未發(fā)現(xiàn)類似問題。因此，對該架飛機(jī)前期的飛行及地面維護(hù)工作和使用環(huán)境進(jìn)行了分析核查，發(fā)現(xiàn)該機(jī)在本次飛行前停放了50余天，除按維護(hù)要求完成發(fā)動機(jī)試車工作外未進(jìn)行其他工作，且一直在戶外停放，檢看停放機(jī)場的天氣情況，恰逢雨季。該機(jī)為初期設(shè)計(jì)制造產(chǎn)品，部分區(qū)域的漏水孔布局存在不合理情況，并未實(shí)施更改，易出現(xiàn)積水問題。變角減速器的換向軸安裝位置正處于積水區(qū)域，分析認(rèn)為這就是變角減速器內(nèi)部銹蝕的主要誘因。

3 總結(jié)

為了保證襟縫翼系統(tǒng)的工作狀態(tài)，盡可能將故障暴露在地面檢查過程中，結(jié)合這次故障情況，提出維護(hù)過程中的注意點(diǎn)：

1）襟縫翼收放檢查中，在注重其收放功能檢查的同時(shí)，還應(yīng)該注意其收放過程中的異響及時(shí)間變化問題；

2）日常維護(hù)過程中，引入襟翼絲杠潤滑脂或潤滑油分析環(huán)節(jié)。通過分析潤滑脂或潤滑油中金屬屑含量，來判斷襟翼絲杠的工作狀態(tài)及磨損程度。如果金屬屑含量過高，一定程度上可以說明襟翼在運(yùn)動過程中存在磨損問題，有必要及時(shí)對其進(jìn)行檢查；

3）加強(qiáng)對飛參數(shù)據(jù)的利用，可以將對復(fù)雜邏輯的分析逐一分解為對較簡單的單一邏輯問題的分析判斷，同時(shí)加強(qiáng)專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)判讀范圍及趨勢分析能力；

4）對長期停放飛機(jī)，針對季節(jié)性變化，應(yīng)根據(jù)環(huán)境變化進(jìn)行維護(hù)檢查及潤滑保養(yǎng)，對活動部件進(jìn)行功能及動作檢查，必要時(shí)可進(jìn)行飛機(jī)牽引運(yùn)動，防止動部件長期不工作引發(fā)銹蝕、異物入侵等潛在風(fēng)險(xiǎn)。

作者簡介

姜建輝，工程師，主要研究方向：航空機(jī)務(wù)維修。

王宇，工程師，主要研究方向：航空機(jī)務(wù)維修。

張書成，主要從事航空機(jī)務(wù)維修工作。