某飞机起落架刹车管路安装装置故障分析与处理

徐达生，陈育良，李志愿

（中航工业起落架有限责任公司，湖南 长沙 410200）

0 引言

刹车系统是飞机着陆时人工飞行控制系统（MFCS）的重要控制单元[1]，该系统发生故障会直接危及飞机起降安全。固定管路的安装装置主要承担刹车液压管路限位功能，防止起落架上其它部件碰撞或在飞机起降过程中干扰起落架收放[2]。

某机型在飞机地面滑行时，起落架刹车试验后，刹车液压管路固定装置出现故障。本文拟分析找出故障原因，设计排故方案，展开排故工作。

1 故障描述

某飞机刹车管路安装装置主要由支架、卡块、夹紧垫片及固定螺钉等组成，两个卡块固定并卡紧液压管路，夹紧垫片与固定螺钉将支架与两个卡块固定（结构如图1所示），支架安装固定在缓冲支柱上、下扭力臂上。

图1 刹车管路安装装置结构图

该飞机地面滑行时，起落架刹车试验后，刹车液压软管固定装置出现故障：固定装置上的4个固定螺钉端头断裂掉落，靠近支架的卡块脱落，夹紧卡片与靠近夹紧垫片的卡块，由于速度传感器电缆临时连接装置而未掉落，如图2所示。

图2 刹车液压管路安装装置故障照片

进一步检查发现，螺钉根部由于与支架为螺纹连接而残留在支架螺纹孔内，取出后所拍照见图3.

图3 螺钉断裂残留螺纹部分照片

2 故障原因分析

2.1 工作环境分析

（1）飞机地面滑行刹车过程中，由于刹车力矩的不同会导致刹车软管安装装置振动。

（2）滑行过程中，机体的振动也会给安装装置带来一定的振动。

以上各种振动是刹车液压管路安装装置的工作环境。

2.2 故障分析

2.2.1 初步原因

根据断裂螺钉连接结构形式和工作环境，初判螺钉断裂原因为：

（1）螺钉通过螺纹连接支架，将4根刹车液压管通过卡块、夹紧垫片固定在支架上，使用过程中螺钉螺纹区域承受较大载荷。

（2）飞机滑行过程中，飞机机体振动载荷以及反复多次进行过的急速刹车产生的刹车系统振动载荷，传到螺栓断裂截面[3]。

2.2.2 故障机理分析

根据故障初步原因的判断，分析故障形成的机理如下：

（1）螺钉断裂根部为螺纹区域，该区域小径比螺杆部分小1.08倍螺距，并且螺纹根部受载容易出现高应力区，为裂纹源萌生提供了疲劳源。

（2）飞机滑行过程中，卡块与刹车软管因振动产生的瞬时载荷会作用在螺钉上，假定安装支架固定，那么螺钉与支架形成一个简单的悬臂梁受力形式，载荷由卡块经螺钉向金属支架传递，得到螺钉的受力简图如图4所示。

图4 螺钉的受力简图 （接下）

0

Qx=qx

Mx=qx2/2

L≥x≥L/2时，螺钉x处径向截面载荷：

Qx=qx+P

Mx=qx2/2+P（x-L/2）

图4显示，螺钉断裂面受载最大（支架与卡块连接处螺钉径向截面，此时x=L），则有：

Qmax=qL+P

Mmax=qL2/2+PL/2

2.2.3 螺钉断面的电镜分析

对螺钉螺断面进行电镜分析，如图5所示，断面电镜图显示：

（1）裂纹率先出现在螺钉与连接支架连接处的螺纹根部，是螺螺钉疲劳断裂的疲劳源（见图5疲劳源指示部位）；

（2）断裂截面反复受载，断面由疲劳源萌发疲劳裂纹，断裂面积逐步扩大一次性断裂区的分界线一带（这部分断面有银纹，不整齐，如图5，疲劳扩展指示区）。

（3）螺钉在瞬间断裂区域一次性断裂，这部分断面表面整齐，如图5瞬间断裂指示区。

图5 螺钉断面的电镜分析图

电镜分析显示，螺钉断裂属于疲劳断裂，断面断裂起源于螺纹根部。

2.2.4 分析结论

经故障机理分析和螺钉断面的电镜分析，得出结论如下：

（1）螺钉螺纹连接部位连接夹紧块和安装支架的结构形式不合理：一方面该连接结构采用全螺纹的螺钉形式，卡块与螺钉的配合间隙过大，振动时卡块与刹车液压软管的惯性力会对螺钉产生弯剪载荷；另一方面，螺纹区域根部受载时容易出现高应力区，为萌生疲劳裂纹提供疲劳源；

（2）飞机地面滑行时，机体振动与滑行时起落架刹车时液压软管的振动共同作用在装置上，使得螺钉反复承受振动载荷，为螺钉疲劳断裂提供载荷和能量。

3 处理措施

基于故障分析结论，提出针对性的处理措施如下：

（1）支架上采用卡块及卡紧垫圈固定在支架上时采用螺栓、垫圈、螺母连接方式，这种形式一方面螺栓与支架采用间隙配合，螺栓与支架不会形成悬臂梁，振动时承受支架与卡快整个长度方向的均布载荷；另一方卡块与支架配合端面处螺栓为光杆，不会产生应力集中，承载能力更强；

（2）卡块安装液压管的凹槽处粘接一层减振橡胶垫，吸收振动时刹车液压软管给安装装置的惯性载荷。改进后的装置结构如图6所示。

图6 改进后安装装置结构图

更改后受力分析简图如图7所示，q为卡块因振动及支架产生沿螺栓长度方向的均布力，L为两卡块与支架安装后的厚度，x为螺栓垂直轴线某个面到卡块螺栓头一侧端面的距离，x处螺栓径向截面剪力Qx=-qL/2+qx，x处螺栓径向截面弯矩Mx=-qx/2（L-x），螺栓径向最大剪力 Qmax=-qL/2（或 qL/2），螺栓径向最大弯矩Mmax=qL2/8.

图7 改进后螺栓的受力简图

受力分析可知：结构改进后螺栓受载情况明显得到改善，并且最大载荷处均为光杆，不会产生应力集中。

4 装机验证

改进后的刹车管路安装装置装在飞机上，经多次飞机地面滑行起落架刹车后，该装置无松动；分解检查装置的连接螺栓，表面无裂纹及缺陷。结果表明该处理方案可行。

5 结论

刹车管路安装装置断裂故障会导致刹车软管没有限位，若碰撞飞机上其它零件会损坏刹车软管，影响飞机地面滑行时的刹车功能，从而危害飞机安全。本文分析确定了刹车液压管路安装装置故障原因，有针对性地制定并贯彻了排故措施，达到了排除故障的目的，可为解决于类似机械结构故障提供参考。

[1]《飞机设计手册》总编委会.《飞机设计手册》第12册-飞机控制系统与液压系统设计[M].北京：航空工业出版社，2002.

[2]《飞机设计手册》总编委会.《飞机设计手册》第14册-起飞着陆系统设计[M].北京：航空工业出版社，2002.

[3]《飞机设计手册》总编委会.《飞机设计手册》第9册-载荷、强度和强度[M].北京：航空工业出版社，2002.

[4]刘庆潭.材料力学[M].北京：机械工业出版社，2003.