螺旋桨变距控制系统故障研究

杨百平

（中航飞机股份有限公司研发中心，陕西 西安 710089）

螺旋桨变距控制系统故障研究

杨百平

（中航飞机股份有限公司研发中心，陕西 西安 710089）

文章通过对新舟系列飞机发生的螺旋桨变距控制系统故障，依据机理分析和故障模式分析，分析了造成故障的根本原因，提出了故障处理方式，为产品改进提供依据。

螺旋桨控制装置；低桨距开关；低桨距止动

新舟系列飞机已经成为我国规模最大的拥有自主知识产权的民用支线机群，不仅在国内航空市场具有一定的份额，更是成功打入了国际航空市场，且呈现良好的发展态势。随着机群数量的增加和飞行小时数的积累，新舟系列飞机螺旋桨变距控制系统呈现出故障频发的态势，造成航班大量延误或返航，给用户带来了经济损失，对飞机声誉也造成了一定的影响。

为更好地保障新舟系列飞机国内外用户的顺利运营，文章通过对螺旋桨控制系统研究，对系统工作原理及控制逻辑进行分析，提出解决该问题的措施和方法，以消除用户的疑虑、担忧和困扰，给用户创造更多经济效益的同时，也产生良好的社会效益。

1　螺旋桨变距控制系统

1.1系统组成

螺旋桨变距控制系统主要由螺旋桨控制装置、螺旋桨控制装置泵、滑油传输管、变距作动筒、变距活门和变距螺杆等组成［1］。其中，螺旋桨控制装置是螺旋桨变距控制系统的核心部件，通过转接器安装在发动机减速齿轮箱上。

1.2系统工作原理

滑油经螺旋桨控制装置泵打压后，形成压力滑油进入螺旋桨控制装置，一部分滑油经过控制器、最小选择活门、反桨活门后形成计量滑油，进入伺服活塞前腔内，另一部分压力供油进入伺服活塞后腔内。

伺服活塞前腔的工作面积为后腔的两倍。当计量滑油压力为供油压力的一半时，伺服活塞停止运动；当计量滑油压力超过供油压力的一半时，伺服活塞向前移动；当计量滑油压力小于供油压力的一半时，伺服活塞向后移动。

伺服活塞的前后轴向运动转化为滚珠螺杆的旋转运动，通过滑油传输管传递给变距螺杆和变距活门。同时，螺旋桨控制装置内的压力滑油，通过滑油传输管进入变距作动筒的大距腔或小距腔，驱动变距作动筒前后移动。

螺旋桨桨叶角通过变距作动筒的前后移动而改变。当压力滑油进入变距作动筒的大距腔时，变距作动筒向后运动，桨叶角增加；当压力滑油进入变距作动筒的小距腔时，作动筒向前运动，桨叶角减小。

2　故障分析

2.1典型故障现象

近年来，外场多次反馈螺旋桨系统故障。通过故障现象梳理与分析，螺旋桨变距系统故障主要表现为两种故障模式。

故障模式一：地面试车过程中或滑行阶段，功率杆从地面慢车位置推向起飞位置的过程中出现发动机扭矩快速上升、螺旋桨转速快速下降现象，并伴随有螺旋桨异常声响，典型故障（见图1）。

故障模式二：航后螺旋桨进入顺桨状态时，或发动机停车后，低桨距指示灯出现常亮现象，而发动机其它参数正常，典型故障（见图2）。

图1　故障模式一典型故障图

图2　故障模式二典型故障图

2.2机理分析

（1）故障模式一分析。从故障现象来看，该故障主要发生在功率杆从地面慢车位置推向起飞位置的过程中。功率杆从地面慢车位置推向起飞位置的过程中，经过飞行慢车位置，该位置是飞机保持空中飞行姿态时功率杆所允许的最低位置。为了防止飞机进场着陆时因拉力过小而产生飞机失速的危险，在飞行慢车位置设置了低桨距保护系统。该系统由螺旋桨控制装置上安装的低桨距开关、顺桨电磁活门以及飞机电气线路中的继电器、低桨距指示灯和功率杆低桨距止动微动开关组成。

当功率杆角度大于设定值时，位于功率杆下部的低桨距止动微动开关接通。此时，若桨叶角低于设定值，低桨距开关从断开位置自动转至闭合位置，使飞机电气线路中的继电器闭合，低桨距指示灯亮。同时，正电经功率杆低桨距止动微动开关供给螺旋桨控制装置上的顺桨电磁活门，将伺服活塞前腔计量压力泄放至低压，增大桨叶角。当桨叶角增大超过设定值时，低桨距开关从闭合位置自动转至断开位置，飞机电气线路中的继电器断开，顺桨电磁活门停止泄放伺服活塞前腔计量压力，桨叶角变小，低桨距指示灯灭。若桨叶角无法恢复正常，上述过程重复出现，低桨距指示灯“亮-灭”不断变化，保持桨叶角不低于设定值，防止低桨距事件的发生。从图1可以看出，功率杆接近飞行慢车位置时螺旋桨转速快速下降、扭矩迅速上升，造成该现象的最直接原因是螺旋桨变大距。

依据系统工作原理，影响螺旋桨变大距的因素有：①螺旋桨控制装置内部的贝它凸轮、贝它杆和贝它活门之间的匹配性问题。当功率杆从地面慢车位置向飞行慢车位置移动时，虽然状态杆处在最大转速位置，但螺旋桨实际转速较低，螺旋桨处于欠速调节状态，桨叶角直接由功率杆贝它凸轮控制。随着功率杆角度的增加，功率杆带动贝它凸轮转动，使贝它活门内套筒向内运动，降低计量滑油压力、增加桨叶角，保持转速在某一恒定值。依据上述分析，螺旋桨转速急剧下降，则必须是螺旋桨控制装置中贝它活门内套筒快速泄放计量滑油压力、使螺旋桨变大距所致。由于贝它凸轮、贝它杆和贝它活门之间属于纯机械控制，其可靠性较高，造成计量滑油压力快速降低的可能性较小，故由此引发的螺旋桨转速快速降低的可能性非常小；②螺旋桨控制装置上的低桨距开关断开时机与低桨距止动微动开关的接通时机匹配性问题。依据螺旋桨型号规范，桨叶角低于飞行慢车桨叶角以下某一设定值时，螺旋桨控制装置上的低桨距开关闭合［2］。为了确保空中低桨距事件发生时低桨距保护系统功能正常，同时满足飞机着陆后低桨距保护系统功能解除，使桨叶角进入地面慢车桨叶角、甚至最大反桨桨叶角，在飞行慢车位置设置了低桨距止动微动开关。当功率杆位于飞行慢车以上位置时，低桨距止动微动开关接通至顺桨电磁活门的供电线路；当功率杆位于飞行慢车以下位置时，低桨距止动微动开关断开至顺桨电磁活门的供电线路。依据系统工作原理，前推功率杆的过程中，若低桨距止动微动开关接通后、低桨距开关仍未断开，顺桨电磁活门接通，螺旋桨桨叶角迅速增加，就会出现故螺旋桨转速快速下降、发动机扭矩快速上升现象。

（2）故障模式二分析。该故障主要发生在着陆后螺旋桨进入顺桨状态或发动机停车后，此时螺旋桨均处于顺桨状态，低桨距止动微动开关处于断开状态。依据螺旋桨顺桨系统工作原理，当螺旋桨进入顺桨状态时，低桨距开关应处于断开状态，低桨距指示灯应熄灭。因此，造成该故障的主要原因是低桨距开关变形或安装不正常，使得低桨距开关在本应断开的情况下仍处于闭合状态，最终出现低桨距指示灯常亮现象。

2.3应对措施

研究表明，螺旋桨控制装置上的低桨距开关断开设置点偏差大和低桨距开关安装不正确、变形，是造成螺旋桨变距控制系统故障的主要原因。由于此故障引起的飞机延误、返航和成品返修给航空公司造成巨大的经济损失，航空公司对此提出抱怨，给飞机制造商带来了较大的压力。为了有效解决该故障引起的负面影响，建议从以下几个方面进行改进：①提升低桨距开关通断设置点设置精度。通过提升低桨距开关通断设置点设置精度，使地面状态下低桨距开关断开时机与飞行状态下低桨距止动微动开关接通的接通时机互不干涉，避免扭矩增大、螺旋桨转速下降故障的发生；②改善低桨距开关安装工艺。完善低桨距开关安装规范、改进低桨距开关安装工艺流程，优化安装方法，增加流程监控，防止低桨距开关安装不到位或不正确；③提升低桨距开关制造质量。低桨距开关的通断是通过伺服活塞带动开关上的簧片按压微动开关而控制的，因此，提升低桨距开关的制造质量，特别是改进开关上簧片的制造强度和质量对提升产品质量是非常有效的。

3　结束语

目前，支线飞机产业正在快速发展，新舟飞机作为我国自主研发的一款民用支线飞机受到业界越来越多色关注。文章通过对新舟飞机运营过程中螺旋桨变距控制系统出现的故障深入研究，从系统工作原理方面进行了全面而详细地剖析，对新舟飞机运营过程中出现的故障提出了解决措施，为系统改进指明了改进方向，对提升系统的工作可靠性有其重要意义。

［1］张春，孟兴红.螺旋桨周期变距系统在螺旋桨飞机姿态控制上的应用研究（下）［J］.航空科学技术，2009，（4）：41-44.

［2］张春，孟兴红.螺旋桨周期变距系统在螺旋桨飞机姿态控制上的应用研究（上）［J］.航空科学技术，2009，（3）：37-41.

V233.7+59

A

1671-3818（2016）09-0013-02