某型機主槳操縱系統(tǒng)地面聯(lián)動故障分析與改進

史盼盼 任津津

（1.中國直升機設計研究所，江西景德鎮(zhèn) 333001；2.中國人民解放軍61255部隊，山西侯馬 043000）

0.引言

飛行操縱系統(tǒng)是一個控制直升機飛行安全的關鍵系統(tǒng)[1]，其主要的功能是將駕駛員的操縱指令遞到直升機主、尾槳葉，實現(xiàn)直升機飛行姿態(tài)的控制。根據(jù)控制舵面的不同，直升機飛行操縱系統(tǒng)可以劃分為主槳操縱系統(tǒng)和尾槳操縱系統(tǒng)。飛行操縱系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了簡單機械式操縱系統(tǒng)、液壓助力操縱系統(tǒng)、電傳操縱系統(tǒng)，再到光傳操縱系統(tǒng)[2]。典型的液壓助力操縱系統(tǒng)一般由駕駛員操縱裝置、機械傳動環(huán)節(jié)和機械液壓伺服作動器組成。根據(jù)機械傳動環(huán)節(jié)所使用的傳輸構(gòu)件的不同，又分為硬式操縱線系和軟式操縱線系[3]。

某型機主槳操縱系統(tǒng)為硬式液壓助力操縱系統(tǒng)，主要由周期桿、總距桿、扭軸、支座、拉桿、搖臂、復合搖臂、助力器等部件組成。通過操縱駕駛桿和總距桿分別實現(xiàn)主槳的周期變距和總距變化。前后操縱駕駛桿可控制前助力器伸縮量實現(xiàn)縱向周期變距，左右操縱駕駛桿可控制左右助力器伸縮量實現(xiàn)橫向周期變距，上下操縱總距桿可控制3臺主助力器共同伸縮實現(xiàn)總距變化。3個通道的操縱在復合搖臂處綜合，各通道間應各自獨立，互不影響。

操縱系統(tǒng)功能的正常與否直接影響到飛行安全[4]。為確定飛行操縱系統(tǒng)工作狀態(tài)，直升機飛行前通常進行地面供壓試驗，檢查各通道操縱運動是否正常。某型直升機在進行地面供壓試驗時，發(fā)現(xiàn)存在主槳操縱系統(tǒng)地面聯(lián)動故障，即當總距桿處于低距位置，前推駕駛桿時，總距桿有明顯的上抬隨動現(xiàn)象。此時如果用手阻止總距桿上抬，駕駛桿會有明顯的卡阻現(xiàn)象，力感較大。該故障現(xiàn)象明顯違反飛行操縱系統(tǒng)的設計要求，較大增加飛行員工作負荷和影響駕駛員操縱的準確度，可能導致重大事故發(fā)生，因此進行地面聯(lián)動故障的分析和改進對于保證直升機飛行安全具有重大意義。

1.故障分析

1.1 復合搖臂工作原理

復合搖臂為總距操縱系統(tǒng)和周期變距操縱系統(tǒng)的共用部件，在復合搖臂處，總距操縱和縱、橫向操縱進行耦合。圖1中（1）為縱向搖臂；（2）為橫向輸入搖臂；（3）為橫向輸出搖臂；（4）為總距扭軸。當總距扭軸有輸入時，使得縱、橫向輸出搖臂同時輸出相同位移。當縱（或橫）向有輸入時，只使縱（或橫）向輸出搖臂有輸出，而不影響總距線系。這就意味著：總距變化時不影響周期變距（自動傾斜器升高相同的高度，但傾斜角未變），當周期變距運動時也不影響總槳距（自動傾斜器傾斜，但仍然保持在相同高度上）。

圖1 復合搖臂

1.2 操縱聯(lián)動傳遞原理

如圖2所示，操縱系統(tǒng)正常工作情況下進行縱向操縱時，總距桿在總距前段操縱線系摩擦力的作用下保持固定，總距輸入拉桿和總距輸出搖臂保持靜止，即總距扭軸無法繞a-a軸線轉(zhuǎn)動。此時進行縱向操縱，縱向輸入拉桿帶動縱向搖臂繞軸線b-b轉(zhuǎn)動，縱向輸出拉桿運動，總距輸出搖臂靜止，只有縱向輸出不會產(chǎn)生聯(lián)動。

圖2 運動分析

當縱向搖臂所受的阻力較大時，縱向操縱時縱向搖臂無法繞軸線b-b自由轉(zhuǎn)動，則縱向操縱運動會向操縱力較小的總距扭軸傳遞，即駕駛桿縱向操縱引起總距桿聯(lián)動，表現(xiàn)為總桿隨駕駛桿上抬，或下壓。同樣當縱向搖臂所受的阻力較大時進行總距操縱也引起縱向輸入拉桿運動，導致駕駛桿縱向運動，即總距桿操縱引起駕駛桿縱向操縱聯(lián)動。

1.3 聯(lián)動受力分析

取總距扭軸和縱向搖臂做為整體進行受力分析。總距扭軸上作用有軸承的支座反力Fx和Fy，總距扭軸轉(zhuǎn)動所需的力矩M總距（主要為總距摩擦力）。縱向搖臂上作用有縱向輸入拉桿給搖臂的作用力F縱和搖臂之后操縱線系給搖臂的作用力F后。

如圖3所示，正常縱向操縱時，力矩M總距能夠使得總距搖臂保持固定。前推駕駛桿，縱向操縱線系所傳遞的力F縱推動縱向搖臂繞軸心b轉(zhuǎn)動。

圖3 正常狀態(tài)受力分析

當縱向搖臂后段阻力F后較大時，前推駕駛桿的操縱運動會向力臂較大的總距扭軸傳遞，即在F縱的作用下縱向搖臂會在繞b運動的同時繞a點平動，從而帶動總距扭軸轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)動最終通過總距線系反傳至總距桿，如圖4所示。

圖4 聯(lián)動狀態(tài)受力分析

判斷是否產(chǎn)生總距桿與駕駛桿聯(lián)動現(xiàn)象的核心要素在于縱向搖臂所受的阻力F后的大小。當阻力F后較小時，駕駛桿縱向操縱和總距桿操縱互不影響，屬于正常狀態(tài)。當阻力F后較大時，駕駛桿全部操縱力大部分都反傳至總距桿，總距桿操縱力很大，此時的聯(lián)動為故障狀態(tài)。

2.故障定位

經(jīng)上述分析證明縱向搖臂后的阻力過大導致地面聯(lián)動，為定位故障部位，利用故障樹分析法進行具體定位。經(jīng)分析可導致故障的原因有：復合搖臂故障、助力器滑閥卡滯、液壓系統(tǒng)故障、助力器過載。據(jù)此建立故障樹（見圖5），通過故障樹分析，初步確定地面聯(lián)動涉及7個底事件。

圖5 地面聯(lián)動故障樹

根據(jù)故障樹對7個底事件進行了排查：地面上開展操縱線系靈活性檢查，復合搖臂各搖臂轉(zhuǎn)動靈活，地面上復合搖臂與縱向搖臂間隙測量均滿足要求。對于縱向助力器，經(jīng)返廠檢查油濾處無明顯污染物，縱向助力器滑閥操縱力滿足技術(shù)要求。經(jīng)返廠檢測和換件檢查確定液壓系統(tǒng)工作正常，通過液壓系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)閥可調(diào)節(jié)助力器的供給壓力，經(jīng)返廠檢測，均滿足設計的壓力要求。對自動傾斜器進行不離位檢查，自動傾斜器各關節(jié)，間隙滿足要求，運動靈活。

根據(jù)旋翼系統(tǒng)組成，助力器載荷主要來自于彈性軸承扭轉(zhuǎn)力、限動環(huán)與耐磨板摩擦力、自動傾斜器重力和摩擦力。為進一步分析旋翼系統(tǒng)載荷與聯(lián)動現(xiàn)象的相關性，分別針對全線系連接狀態(tài)（含操縱系統(tǒng)桿系、助力器、自動傾斜器、槳轂及槳葉）、模擬空中狀態(tài)（抬起主槳葉使主槳葉支臂與限動塊脫離接觸）、斷開變距拉桿（助力器僅驅(qū)動自動傾斜器）3種狀態(tài)進行測試，測量結(jié)果如表1所示。

表1 助力器載荷及聯(lián)動現(xiàn)象測試結(jié)果

通過上述試驗結(jié)果可知，彈性軸承和耐磨板處對于助力器載荷貢獻較大。通過對彈性軸承和自動傾斜器進行檢查，發(fā)現(xiàn)彈性軸承外觀正常且剛度符合設計要求，同時自動傾斜器的大球鉸運動靈活且間隙正常。之后在限動環(huán)處涂抹潤滑脂，減小耐磨板與限動環(huán)之間的摩擦力，再次全線系連接狀態(tài)下進行地面供壓試驗，操縱系統(tǒng)地面聯(lián)動現(xiàn)象基本消失。

3.結(jié)論

地面駕駛桿與總距桿聯(lián)動故障源于縱向搖臂后阻力較大，具體原因可定位為：地面停機狀態(tài)下，主槳葉耐磨板與限動環(huán)之間摩擦力大，使得助力器負載超出了助力器最大輸出力，導致駕駛桿的操縱運動無法通過復合搖臂上的縱向搖臂向線系后段傳遞。此時，縱向搖臂帶動復合搖臂總距扭軸轉(zhuǎn)動，總距扭軸運動向前反傳至總距桿，產(chǎn)生地面聯(lián)動現(xiàn)象。

地面停機狀態(tài)下開展全線系的地面操縱檢查可通過在主槳葉防磨片和下限動環(huán)之間涂抹潤滑脂，減輕主槳葉防磨片和下限動環(huán)之間的摩擦力，從而降低作用在助力器上的載荷，緩解地面聯(lián)動現(xiàn)象。