某型直升机操纵系统铝合金收口拉杆端头裂纹故障分析与解决措施

2021-04-12曾龙飞李露

航空维修与工程 2021年2期

曾龙飞李露

摘要：某型直升机操纵系统铝合金拉杆端套多次出现裂纹问题，导致拉杆与接头松脱，操纵功能失效，影响了飞机的正常使用和飞行安全。对此从拉杆产品设计结构、制造工艺、材料等方面系统分析故障原因，提出了设计结构改进措施，并验证了改进措施能够彻底解决操纵拉杆端套问题，使操纵系统拉杆产品质量与性能稳定性得到显著提升。

关键词：直升机；操纵系统；收口拉杆；裂纹

Keywords：helicopter；control system；convergent rod；crack

0 引言

操纵拉杆作为直升机操纵系统的重要组成部分，是配合操纵系统提供驾驶员对飞机起飞、爬升、巡航、着陆等实施操作的主要系统。外场客户反馈，某型直升机操作系统中多根铝合金操纵拉杆的端套处出现裂纹，如图1所示，存在拉杆结构破坏、操作系统功能失效隐患，将严重影响飞机的正常使用，甚至影响飞行安全，亟待解决。

1 操纵拉杆结构与工作原理

该型直升机铝合金操纵拉杆的设计和选用部分结构参考的是HB6471、HB6472，主要由螺纹接头、锁紧螺母、垫圈（垫片）、端套、收口管螺接装配成形，如图2所示。

操作拉杆装配中，端套与收口管是通过冷胀形成形工艺进行连接的，其余零件均为螺接装配，拉杆制造装配流程如图3所示。拉杆通过接头、铰链与其他传统结构连接，通过操纵力传递实现硬式机械传动操纵。

2 故障分析

为准确定位故障原因，制定根本解决措施，针对故障拉杆零件进行化学分析、结构与工艺分析。

对送检验的拉杆端套（材料均为LY12CZ）进行化学分析。虽然铝合金材料抗大气腐蚀能力强，但是在大气中存在氯离子的情况下，敏感度急剧上升，抗腐蚀能力下降，较容易导致应力腐蚀。该直升机经常在沿海地区飞行，空气中氯离子较多且活跃，具备了应力腐蚀的环境条件，而且发现端套及周边的铝管、垫片等零件均有不同程度的腐蚀现象，表明该部件所处的工作环境相对恶劣。

从结构和工艺来看，裂纹位于拉杆的端套而非拉杆管体上，裂纹延拉杆轴向发生，呈直线状，占端套长度的80%，已经属于严重质量问题。结合拉杆的制造工艺流程分析，胀形前拉杆管体与端套由车削配制装配间隙，属于间隙配合，此过程不存在应力。然后经过胀形过程，用端头直径大于管子内径的芯棒将拉杆管体上的材料冷挤压至端套凹槽部分，即端套内径上有凹槽，芯棒对管子进行挤压，使管壁材料填充凹槽。工序示意见图4。

从工艺角度分析，端头与管子装配属于冷挤压胀形，这个过程中芯棒传递给管子和端套的作用力一部分转化为材料的流动，另一部分转化为管子与端套的内应力，由于内应力无法转移释放，因此可以认为端套长期处于拉应力状态下工作，一旦端套的漆层被破坏，在长期的使用过程中就会产生应力腐蚀。而且通过芯棒对管子的作用，管壁处的材料受挤压产生形变，局部材料组织也会受到影响。

根据上述分析结果，可以判定裂纹产生的根本原因是胀形装配时存在胀形应力，在腐蚀较为严峻的情况下长期使用后出现了应力释放，导致局部产生缺陷，最终出现裂纹。

3 改进措施

在满足该拉杆对直升机操纵系统功能要求的前提下，为避免或消除胀形应力，考虑从拉杆端头结构与装配工艺方面进行改进，提出了一种“一体式操纵拉杆”不带端套结构的方案。

3.1 结构改进

根据强度计算和分析，端套沿管子轴向方向不受力，仅受接头传递的扭力，因此端套对拉杆轴向的影响不大，因此将端套的机体接头直接设计在管提收口处，如图5所示。根据端套的结构，分析端套每个机构的作用：两个对称平面在装配时用于拧紧螺母，扳手两爪用于接触施力然后折弯垫片起固定作用，中间矩形凹槽用于锁紧垫片或垫圈以防止其转动。结合零件尺寸分析，有足够的加工余量，能够加工出上述两处机构。

3.2 工艺改进

“一体式操纵拉杆”结构的制造装配工艺流程如图6所示。

根据“一体式操纵拉杆”结构的收口比条件要求，配套7A385/T-5005热收口机规格，设计专用热收口镦粗功能模具（由模体和芯棒组成），材料均为W18Cr4V。

4 改进效果