某型飞机驾驶杆“抖动”故障机理分析

姚久新 王炳辉 张凯

摘要：驾驶杆“抖动”故障隐蔽性强、危害性大，故障原因很难准确判定。本文结合飞机操縱系统工作原理，从助力器设计制造角度，进行滑阀回中及活塞阻尼受力分析，分析可能造成驾驶杆抖动的故障机理，为准确判断故障原因及正确处置提供参考。

关键词：抖动；滑阀；阻尼；受力分析

Keywords：jitter；slide valve；damp；force analysis

飞行员反映某飞机空中多次出现驾驶杆纵向操纵“抖动”故障。具体现象是：纵向操纵驾驶杆时，偶尔有杆力变化不均匀感觉；当操纵驾驶杆到某一位置时，可感觉到驾驶杆有明显纵向抖动。地面检查飞机纵向操纵系统，无明显可感间隙，快速推拉驾驶杆时能感觉到有杆力变化不均匀现象。

1 助力器工作原理分析

该型飞机纵向系统装配的是双腔随动式无回力液压助力器。飞机驾驶杆通过操纵拉杆与摇臂D相连，通过操纵摇臂D移动助力器内分配机构中的滑阀，进而控制飞机水平尾翼的偏转角度（见图1）。

当向任意一侧移动摇臂D时，因活塞杆（9）未动作，摇臂D形成绕A点转动的A模式，带动主滑阀（3a、3b）相对副滑阀（4a、4b）产生位移，沟通油路使液压油进入外筒（8）内，活塞杆在液压作用力下与摇臂D上的B点同向移动，进而通过摇臂C带动飞机水平尾翼发生偏转。

当操纵分配机构使油路沟通时，活塞杆（9）移动，带动水平尾翼持续偏转。当操纵驾驶杆使摇臂B点停止运动时，由于分配机构内油路尚未关闭，活塞杆（9）还会继续移动，使摇臂D的转动轴由A点移到B点，摇臂D形成绕B点反方向转动的B模式，进而带动主滑阀（3a、3b），使分配机构内油路关闭、活塞杆（9）停止动作，水平尾翼保持在某偏转角度状态。

为保证助力器工作的可靠性，在分配机构上设置了主、副滑阀。主滑阀直接与传动杆连接，根据飞行员动作调配油路沟通的大小及方向。副滑阀作为备份余度，当主滑阀被异常卡滞或摩擦力超过副滑阀起始动作力时，接替工作以保证平尾操纵系统的应急工作。

2 助力器滑阀回中受力分析

当分配机构滑阀出现异常卡滞故障时，驾驶杆力会变化不均，可能导致驾驶杆出现“杆重、自走、抖动”等异常现象。下面结合助力器内部构造（见图2），具体分析滑阀回中立位时驾驶杆力的变化情况。

摇臂组件向左移动时，带动滑阀向右移动，活塞杆在液动力作用下伸出。当滑阀开至最大开度时，活塞杆速度也达到最大值。在这个过程中，活塞杆需克服系统摩擦力和回油压力，如果忽略阀口和管路的压力损失，则有：

3 缓冲活塞阻尼受力分析

助力器结构设计中，在操纵摇臂与滑阀的连接处配置了起阻尼作用的缓冲活塞（2a、2b），一方面可避免滑阀被干扰振动而引发助力器误操作，另一方面也保证了摇臂控制滑阀移动过程中的稳定。

缓冲活塞与支臂之间有环形阻尼缝隙（c=0.2mm），长度为7mm。缓冲活塞左右两腔通过环形阻尼缝隙相连，左腔为封闭腔，右腔与回油路相通，两腔均充满油液。当滑阀在缓冲活塞带动下向右移动时，左腔容积变大，右腔容积变小，右腔中的油液经环形缝隙（c）流入左腔，实现阻尼作用，提高助力器操纵的稳定性。

以缓冲活塞为受力对象，进行受力分析，如图4所示。

当阀口由右向左移动时，阀口开度减小，在系统流量不变的情况下，油液流速变快，瞬态液动力Fi与滑阀移动趋势相反，有：

由式（9）可知，流量q与缓冲活塞环缝几何参数和两端压差成正比，与滑阀移动速度、阀口通流面积成反比。在助力器长期工作过程中，由于部附件内部磨损造成环缝几何参数变化不均、异物卡滞造成滑阀移动速度不均、副滑阀参与工作造成阀口通流面积骤变等因素，均有可能造成流量q不平稳，从而引起稳杆力变化不均，手扶驾驶杆时会有抖动感。

4 外场维护的针对性措施

4.1 助力器外场维护措施

1）严格落实液压系统防污染和周期性颗粒度检测措施，当系统污染度超过规定值时，应立即冲洗助力器或返厂分解检查。

2）当飞机发生液压泵推力球轴承磨损、活塞及滑靴剥离脱落等故障造成液压系统污染时，应彻底清洗飞机各系统管路、部附件、油滤及助力器进口油滤等。

3）在使用过程中，应经常观察助力器的工作情况，要特别注意液压系统的清洁度以及助力器的密封性。

4）发现助力器密封失效或工作不正常时，需将助力器拆下送制造厂或大修厂进行检查和修理，严禁在外场分解检查助力器。

5）每隔6±1个月，应检查助力器的运动链确定无滞涩，并对运动链中的各轴承进行注油润滑。

6）通过助力器安装窗口查看助力器的密封情况。在使用过程中，活动密封处允许有肉眼可见的油膜积聚，但不允许滴落；静密封处不允许有肉眼可见的油膜。

7）日常维护中，结合发动机试车、飛机加压或进行液压系统周期性工作时，检查助力器，其工作应平稳，无冲动、滞涩现象。

4.2 新助力器装机的措施

1）在操纵系统安装调试过程中，严禁敲击和碰撞液压助力器，尤其是活塞杆部位。

2）助力器操纵系统拉杆、摇臂等活动关节安装紧度应适宜，全行程范围内与周边附件、隔框不得有干涉行为。

3）将助力器装机完成后，地面加压检查助力器工作应平稳，无冲动、滞涩现象，外部密封性应良好；驾驶杆处于前、后极限位置时，助力器活塞杆两端应有不小于1mm的剩余行程。

4）当发现助力器工作不匀缓时，应检查和排除液压系统内空气和气塞，并再次检查助力器操纵传动系统是否仍有紧涩、卡滞、间隙和杆力过大现象。若仍有疑点，应将机件返厂检查。

4.3 清洗助力器进口油滤时的措施

1）清洗人员应佩戴医用橡胶手套，同时使用放大镜观察油滤是否破损，并采取措施防止杂质从外部带入助力器内部。

2）使用清洁的非乙基汽油清洗，彻底清除固体微粒和其他脏物。

3）当发现有体积较大的脏物如金属粒、橡胶粒等，或因极度脏污致使油滤破裂时，必须将助力器返回制造厂或大修厂进行分解检查修理，并彻底清洗飞机液压系统。

4）若清洗维护时造成油滤破裂，必须更换油滤备件。

5 空中“抖杆”故障处置建议

当空中出现“抖杆”故障时，建议飞行员采取以下措施：

1）紧急稳杆。当飞行员感觉到驾驶杆有杆力不均或“抖杆”现象时，应立即稳住驾驶杆，防止驾驶杆抖动力形成对飞机的正向增益操纵，引起飞机姿态异常变化。

2）立即报告塔台，保持飞机平飞，驾驶杆回到中立位置后，小幅度操纵驾驶杆，感觉飞机姿态随驾驶杆位移的变化情况，初步判断飞机故障情况和影响后果。

3）在飞行指挥员的协助下，迅速返航着陆或备降。

参考文献

[1]郭汉堂，等. 飞机构造学[Z].空军第一航空学院，1995.

[2]程明学，侯祖伟，杜来林，宋晓军，等. 飞机液压系统故障诊断[Z].空军第一航空学院，1999.

[3]王建航，孙浩，等. 飞行原理[Z].空军第二飞行学院，2007.

作者简介

姚久新，工程师，主要从事飞机试飞工作。

王炳辉，高级工程师，主要从事飞机航线维修工作。

张凯，工程师，主要从事飞机航线维修工作。