某型飞机座舱盖作动筒不锁定致座舱失密故障分析

郝天昊 郝琦 余大为

摘要：座舱气密性对于保障飞行员生命安全十分重要。某型飞机因其座舱盖作动筒与锁系统联动，作动筒一旦不锁定，极易导致座舱失密，危及飞行安全。本文对该型飞机座舱盖操纵系统的原理及作动筒不锁定的原因进行了深入分析及试验验证，并在此基础上提出了相应的解决方案。

关键词：座舱失密；座舱盖操纵系统；作动筒不锁定

Keywords：cabin leakage；canopy operation system；unlocked actuator

1 故障现象

某型飞机发生座舱失密现象：在座舱盖关闭、座舱盖操纵作动筒气腔排气后，座舱盖联接锁开锁，座舱解除密封。

断开作动筒与联接锁的连接后检查发现，作动筒排气后活塞杆无法锁定，存在缓慢伸出现象。分析认为座舱失密的直接原因是作动筒活塞杆不锁定，缓慢伸出并顶起了座舱盖联接锁锁钩，导致安装在联接锁上的气密开关泄压。该故障属于座舱盖液压操纵系统故障。

2 系统工作原理

该型飞机分为单、双座机两种，座舱盖液压操纵系统工作原理相同（包括其衍生机型），用于在座舱盖气动系统不工作时使用液压开启和关闭座舱盖，以及在不进行操纵时锁定座舱盖。座舱盖液压操纵系统由座舱盖操纵作动筒、手动开启机构和管路组成，其中手动开启机构为一个组合附件，由液压操纵开关、操纵活门、气压作动筒、液压油箱、手摇泵等组成，原理如图1所示。

座舱盖操纵作动筒为一个四腔作动筒，有两个气腔和两个液压腔，均可用于开启和关闭座舱盖。

当气动系统工作时，压缩气体进入座舱盖操纵作动筒气腔、气压作动筒和操纵活门，通过气压作动筒顶开液压操纵开关的摇臂，使液压操纵开关的压胶活门由正常锁定位置（压胶活门位于图中右极限）移动到中间通油位置，连通作动筒两液压腔，并通过操纵活门打开作动筒液压腔与液压油箱的回油路，从而解除液压系统的锁定，使用气压开启和关闭座舱盖。

气动系统不工作时，液压操纵开关处于正常锁定位置，将操纵作动筒的液压上下腔隔离并锁定，此时如需使用液压开启座舱盖，通过手摇泵输出的压力油可以打开操纵活门，进入作动筒液压下腔，液压上腔的油液则通过操纵活门回到液压油箱。当需要使用液压关闭座舱盖时，应使用机外手柄将液压操纵开关置于液压关盖位置（压胶活门位于图中左极限），使来自手摇泵的压力油进入液压上腔，液压下腔与液压油箱连通。

3 原因分析及试验验证

3.1 作动筒不锁定原因分析

该型飞机座舱盖关闭后，正常情况下，座舱盖操纵作动筒由手动开启机构上的液压操纵开关锁定在关闭位置，原理图可简化为图2。

其中，P1、P2分别为作动筒液压下腔和上腔压强，S1、S2分别为作动筒液压下腔和上腔活塞面积，F为活塞杆所承受的除液压压力之外的合力，主要包含三个部分：来自座舱盖联接锁的压力、作动筒活塞杆的重力分量、活塞杆与筒体的摩擦力。

作动筒活塞杆受力平衡时，有P1·S1 = P2·S2 + F。

根据合力F的变化，活塞杆通过改变上下腔压强P1、P2来实现受力平衡，此时存在以下两种情况：

1）当作动筒液压腔、管路、手动开启机构内的液压油加注量合格且不存在多余的空气，同时液压操纵开关锁定良好时，由于液压油的压缩刚度较大，受压时的体积变化很小，因此当受力平衡时虽然P1、P2发生少许变化，但活塞杆位置基本不发生变化。

2）当系统内油液不足或液压操纵开关存在渗漏时，空腔（气）或渗漏会使液压油提供的压缩刚度降低，受压时的体积变化增大，因此当受力平衡和P1、P2发生变化时，活塞杆无法在原位锁定，其位置会发生较明显变化，产生伸出或回缩现象。

3.2 作动筒向上伸出原因分析

正常情况下座舱盖作动筒受舱盖重量压迫，如果作动筒不锁定，其活塞杆应在座舱盖重力作用下下掉而不是上升。但是，当座舱盖关闭后，其重量主要由联接锁、气密带等承受，作动筒实际受压很小。另一方面，座舱盖关闭过程中，操纵作动筒的液压下腔向上腔及液压油箱补油，属于压力源，因此当座舱盖关闭到位、液压压力释放后，下腔的剩余压力通常高于上腔。此外，由于活塞杆只存在于液压上腔并占据了上腔活塞的一部分受压面积，作动筒液压下腔的活塞受压面积大于上腔。以上三个因素综合起来，导致了当座舱盖关闭后、作动筒活塞杆不锁定时，作动筒活塞杆会在液压上下腔的压差作用下向上伸出。

3.3试验验证

1）在试验台上实测

将手动开启机构与座舱盖操纵作动筒连接，作动筒空载，使用气压收放作动筒。

a. 正常加油时，活塞杆不伸出；

b. 将手动开启机构内的油液放掉一部分，使系统内产生空腔，座舱盖操纵作动筒出现开启到位后下掉现象。此时收作动筒活塞杆到底，放气后活塞杆缓慢伸出约25mm；

c. 当座舱盖操纵作动筒关闭、气动系统放气后，作动筒活塞杆锁定，反复5次，保持时间分别为0.5h、1h、2h、5h、10h，下腔压力均为0.49MPa，上腔压力均为0.05MPa，下腔压力高于上腔且保持稳定。

2）在机上实测

a. 未断开座舱盖操纵作动筒与联接锁的连接且系统油液正常时，座舱盖关闭后，活塞杆无缓慢伸出现象；

b. 斷开作动筒与联接锁的连接，并将液压系统内的油液放掉100mL左右，收作动筒活塞杆到底，放气后活塞杆伸出约20mm；

c. 断开作动筒与联接锁的连接，重新对液压系统进行加油排气后，伸出现象消失。

3）佐证案例

工厂修理过的首架某型飞机（故障机的衍生机型）也曾经出现座舱盖开启后下掉及关盖后作动筒缓慢伸出故障，手动开启机构返修后，确认故障点为液压操纵开关压胶活门渗漏，重新压胶后故障均得以排除。

很明显，以上试验结果及佐证案例与原因分析均相符。

3.4 其他影响因素

影响座舱盖失密的其他因素有两个，一是座舱盖联接锁的开锁力下降，当联接锁存在磨损，开锁力降低时，其锁钩更易受活塞杆伸出力的影响而产生移动；二是气密开关开始解除气密时联接锁锁钩上移的行程量小（图样要求为2.5±0.3mm），若该行程量不符合要求，活塞杆一旦无法锁定，当伸出较短时即可引起座舱失密。

3.5 单、双座机的区别

据外场故障统计，该型飞机双座机较单座机更容易发生座舱失密问题，原因主要有以下两个方面：

1）双座机座舱盖操纵作动筒活塞的直径（面积）比单座机更大，因此在液压上下腔压差相同时产生向上的推动力更大，更容易推动联接锁向上运动。

2）双座机座舱盖联接锁的开锁力（要求930～1075N）比单座机（要求980～1225N）更小，联接锁锁钩更容易被异常伸出的作动筒活塞杆顶起。

3.6 小结

1）某型飞机座舱盖作动筒不锁定导致座舱失密的根本原因是：系统加油量不满足要求（存在空腔）或液压操纵开关不密封，导致液压油提供的压缩刚度降低，作动筒活塞杆不能锁定；关盖后，活塞杆受液压压差力影响，克服来自联接锁的压力、活塞杆重力及摩擦力等外力，缓慢伸出并顶起联接锁锁钩，造成气密开关泄压，座舱失密。

2）其他影响因素包括联接锁锁钩和扇形件的磨损导致开锁力下降、气密开关开始解除气密时联接锁锁钩上移的行程量小等。

3）双座机比单座机更易发生该类故障。

4 结束语

根据分析可知，保持系统正常的加油量及做好排气工作是预防该类问题最主要和最重要的方法，特别是对于同类型的雙座飞机。还应做到：

1）在座舱盖出现下沉量过大现象时及时补加油和排气，并可在加油排气后断开作动筒与联接锁的连接，检查作动筒应无缓慢伸出现象，确保系统状态良好。

2）定期检查座舱盖联接锁的磨损情况，保持开锁力符合要求。

3）在修理时严格保证气密开关开始解除气密时联接锁锁钩上移的行程量。

作者简介

郝天昊，工程师，主要从事飞机液压及座舱盖系统修理技术研究工作。

郝琦，工程师，主要从事飞机总体及操纵系统修理技术研究工作。

余大为，助理工程师，主要从事飞机起飞着陆系统修理技术研究工作。