某型教练机发动机操纵系统油门杆操纵力偏大问题分析

刘咏梅

（洪都航空工业集团,南昌330024）

0 引言

某型教练机发动机操纵系统技术条件规定，油门杆从“停车”到“慢车”（或相反）的操纵力不大于13kg，与改装前的飞机相同。但该型教练机在厂内交付验收时，验收方发现发动机操纵系统油门杆操纵时普遍偏紧，油门杆从停车位推向慢车位时操纵力偏大，实测发现大部分飞机操纵力均超过了规定值要求。为此，需要对该问题进行研究分析，以查明问题原因，研究制定相应的解决措施。

1 某型教练机油门操纵结构及技术要求

1.1 油门操纵结构

某型教练机是在某型飞机上进行改装的，两型飞机的发动机操纵系统在座舱、机背前的布置分别如图1、图2所示。从图1、图2可以看出，与改装前的某型飞机相比，某型教练机前后座舱之间、机背前发动机操纵系统的不同之处有：

1）增装了1套后舱左右油门杆；

2）增装了1个支座、4根拉杆、以及8处拉杆与摇臂接合处。

在不考虑制造、装配误差时，增装的8处拉杆与摇臂接合处采用球轴承或球状活动关节的连接形式，对系统的操纵力影响较小。

增装的后舱油门杆的结构形式同前舱油门杆，为防止油门杆由于飞机振动发生危险位移，其油门杆本身须有一定的摩擦力要求[1]，即不连接拉杆时操纵力为（2±0.5） kg。

除上述新增操纵系统构件，以及新增操纵系统构件后为适应发动机操纵要求少量调整座舱前的支座摇臂外，从机背后到发动机舱的发动机操纵系统的结构形式、摇臂与拉杆的接合形式保持不变。

1.2 油门操纵力技术要求

某型教练机的油门操纵力设计允许值与改装前的某型飞机相同。在任何情况下，油门操纵手柄均为操纵力的作用点，操纵力的方向沿油门操纵手柄推拉圆弧的切线方向，操纵力大小规定为：

1） 未连接拉杆系统时为（2±0.5） kg；

2）连接拉杆系统后，左、右油门操纵手柄同时进行操纵时：

（1） “停车”到“慢车”（或相反），不大于 13 kg；

（2）“慢车”到“额定”（或相反）：不大于 12 kg。

图1 改装前的某型飞机发动机操纵系统示意（座舱段、机背前）

图2 某型教练机发动机操纵系统示意（座舱段、机背前）

2 油门杆操纵力分析

2.1 某型教练机机背前停车位置传动关系分析

为分析某型教练机机背前停车位置传动关系，先以改装前的某型飞机座舱油门杆支座为例说明操纵系统作用力的传动关系，如图1所示。

当左发动机在停车位时，已知杆1有效臂长为L1=175 mm，杆2有效臂长为L2=47.516 mm；假设:垂直作用在左发油门杆上的力F1=1 kg；依据同一支座上力矩相等原则， 即 F1·L1=F2·L2；可知：F2=F1·L1/L2=4.11 kg，即杆2力为4.11 kg。依此类推，可得其它各杆上的作用力及传动关系（表1）。

表1 改装前的某型飞机机背前停车位置传动关系

同样可以得出某型教练机机背前停车位置传动关系（表2）。

表2 某型教练机机背前停车位置传动关系

2.2 传动关系变化对操纵力的影响

当作用在改装前的某型飞机油门杆操纵力为13kg时，在不考虑油门杆本身摩擦力的情况下，在停车位置分别推左、右发油门杆的操纵力为5.25 kg（（13-2.5）/2=5.25 kg），通过表 1中改装前的某型飞机左、右发传动关系可知，左发杆6的力为18.113kg、右发杆6的力为15.49 kg。

某型教练机出座舱到飞机机背后的第一根拉杆为杆7。当某型教练机左发杆7的力为18.113 kg、右发杆7的力为15.49 kg时，通过表2中某型教练机左、右发传动关系可知，左发油门杆操纵力为5.51kg、右发油门杆操纵力为4.73 kg，共约10.3 kg。

因此在不考虑后舱油门杆及杆8时，作用在前舱油门杆的力为 12.8 kg（10.3+2.5=12.8kg）。

2.3 后舱油门杆对操纵力的影响

前、后舱油门杆之间的传动关系见表3。

表3 某型教练机前后舱油门杆停车位置传动关系

当作用在后舱油门杆的操纵力为2.5 kg时，通过上述传动关系计算可知，前舱左发操纵杆力为1.2kg、右发为 1.1 kg，共计 2.3 kg。

2.4 某型教练机油门杆操纵力计算结果

不考虑新增操纵构件的摩擦力以及制造、装配误差对操纵力的影响，某型教练机发动机操纵系统操纵力为 15.1kg（12.8+2.3=15.1kg）。

2.5 试验验证情况

为验证某型教练机新增操纵构件对油门杆操纵力的影响，对厂内10架某型教练机进行了油门操纵力测量，结果如表4、表5、表6所示。

表4 发动机操纵系统完好状态下的操纵力

表5 断开后舱油门杆的操纵力

表6 增装后舱油门杆对操纵力的影响

从测量结果可知，除4#机、6#机外，其余8架飞机在发动机操纵系统完好的状态下，油门杆从停车推到慢车位置的操纵力均大于13kg，不满足现行技术条件的规定。但油门杆从慢车推到额定位置的操纵力满足不大于12kg的要求。

在断开后舱油门杆的状态下测量前舱油门杆操纵力，大部分飞机的油门杆从停车位置推到慢车位置操纵力均满足不大于13kg的要求。

对比两种状态下的测量结果发现:增装后舱油门杆后，油门操纵力实际增大为0.5kg～3.2kg，因此证实了新增操纵构件对某型教练机油门杆操纵力确实存在一定影响。

2.6 操纵力统计分析

图3 油门杆操纵力增量正态分布

由样本值(表6中停车至慢车区域双发操纵力增量)计算得：

基于给定样本的总体方差

故μ的置信水平为0.8时的置信区间为：

即：某型教练机新增操纵构件后，在置信水平为80%时，操纵力增量最大为2.57 kg（圆整为2.5kg），因此，前舱操纵力为 15.5 kg（13+2.5=15.5 kg）。

通过上述操纵力传动关系分析计算，某型教练机前舱操纵力为15.1kg（未考虑摩擦力以及制造、装配误差对操纵力的影响）；同时通过试验验证及对试验数据统计分析，前舱操纵力为15.5kg。所以，在计入摩擦力以及制造、装配误差对操纵力的影响后，同时操纵左右发动机油门杆从停车推到慢车位置的操纵力应为15.5kg。

3 油门杆操纵力偏大问题影响分析

因新增操纵构件导致油门杆操纵力增加后，对飞机使用是否有影响需进行危害性分析。

由于目前状态下，仅是在同时操纵左右油门杆从停车位推到慢车位时，油门杆操纵力偏大；而从慢车位置以后，油门杆操纵力均满足技术条件的规定。因此需从空中、地面的使用情况来分析油门操纵力的增大对起动发动机的影响。

3.1 空中起动发动机

如出现单台发动机空中停车的应急情况，从表4的测量结果可看出，仅操纵左发或右发时，油门杆从停车位置推到慢车位置的操纵力均小于10kg，因此不会对飞行员操作带来影响。

如果出现两台发动机同时空中停车的极端情况，受蓄电瓶容量限制，也应对单台发动机进行空中起动操作，因此目前同时操纵左右油门杆从停车位推到慢车位置时油门杆操纵力偏大的情况不会对飞机员的使用造成影响。

3.2 地面起动发动机

按某型教练机技术说明书的规定，地面需进行双发起动操作，目前状态下操纵力虽然超出技术条件规定的允许值，但经我厂地勤人员实际操作验证，为可操作的状态，不影响部队地勤人员地面开车时的操作>。

因此，经分析某型教练机目前状态下在操纵双发起动、油门杆从停车位推到慢车位时，油门杆操纵力偏大的情况不会对飞机的正常使用造成影响。

4 结语

某型教练机发动机操纵系统增装了后舱油门杆及相应的操纵系统构件，但操纵力沿用了某型单舱飞机规定，未考虑新增操纵构件（包含后舱油门杆）对油门杆操纵力的影响，因此，需重新规定某型教练机油门杆操纵力的设计允许值。

通过对空中和地面发动机起动的实际使用状态进行分析，操纵双发油门杆从停车位推到慢车位时操纵力的增大不会对飞机的正常使用产生影响。

因此，根据新增操纵机构后油门杆传动关系对操纵力的影响分析与计算及实际测量的操纵力增量统计分析与计算，拟发出更改单更改技术条件，将左、右油门操纵手柄同时进行操纵时“停车”到“慢车”（或相反）的操纵力由不大于13kg改为不大于15.5kg。对实际操纵力大于15.5kg的飞机，需对发动机操纵系统进行调整。

[1]飞机设计手册总编委会.飞机设计手册.北京：航空工业出版社,2006.