A320系列飞机前轮转弯故障分析

蔡萱敏 陈喜超

摘要：A320系列飞机前轮转弯故障一直是机队运行中较棘手的问题，尤其是前轮跑偏故障，当跑偏角度不大时机组操作很难发现，导致故障长期存在，故障恶化后将使内部齿轮和齿轮盘磨损超标。本文利用QAR数据，参考系统原理，找出该故障的内在规律并制定监控规则，使故障在萌生时即能被发现并及早解决，杜绝了安全隐患，保证了飞行安全。

关键词：转弯；跑偏；QAR数据

Keywords：steering；veering；QAR data

1 故障背景

利用空客Skywise平台对机队近十年的延误进行统计，前轮转弯故障平均每年有2起，该故障常造成飞机无法转弯，需要拖车拖回，易占用跑道。

图1为近十年前轮转弯故障统计情况，其中两起典型事件如下。

1）2011年12月5日12：36，一架A320系列飞机滑行时报前轮转弯故障，12：48拖车将飞机拖回，根据TSM32-51-00-810-811-A排故，根据AMM32-42-34 PB401更换BSCU，测试不通过；15：30从飞机上拆下前轮转弯传感器（FIN：4GC）送去检修；21： 00更换4GC完毕，调节测试正常；更换前轮转弯传感器（FIN：4GC），调节测试正常。2011年12月8日，该机哈尔滨过站，11：28再次接收到报文信息“WHEEL N/W STRG FAULT”，机务报飞机滑出后前轮转弯失效，飞机拖回，重置后无效，飞机下客排故；14：10分，由沈阳派出排故人员；00：00将3GC和4GC拆下调节；00：50调节后地面测试正常；后续航班取消。4GC拆下后发现齿轮磨损超标。

2）2020年4月16日，另一架A320系列飞机C检出厂执行调机时，机组反馈起飞滑跑阶段和落地后都有左偏现象，配平大约7度。调节3GC传感器后，机组滑行测试正常。后期调查分析发现，C检进厂时正常，但更换前起落架后因未正确调整3GC数据，导致了飞机出厂调机就出现前轮跑偏故障现象。

从以上两起事件可以发现，前轮转弯故障的特点隐蔽性强，地面难以重现，导致地面排故时无法精准定位，故障反复发生，特别是前轮跑偏故障的发生往往没有警告信息，仅是故障现象，而在地面时机务无法通过滑行来测试，故无法验证故障是否真实排除，给运行带来很大影响。同时，由于无法精准定位，为快速排故每次都会更换大量部件，导致很多部件被误换，NFF率非常高。

2 系统工作原理

A320系列飞机的前轮转弯控制系统由手轮和脚蹬（输入部分）、BSCU计算机（控制部分）、前轮（控制对象）、3GC和4GC传感器（反馈机构）组成。从图2可见，前起落架中有一个定中凸轮机构，当飞机起飞抬轮后，前起落架完全伸出，随后在定中凸轮的作用下，前轮保持中立位，之后跟随前起收入到轮舱中。

2.1 前轮转弯的地面激活条件

与其他飞机不同，A320系列飞机的前轮转弯并不是只增压对应的液压系统就可操作，而是首先需要满足该系统的激活条件方可正常操控。而该激活的控制通过控制选择控制活门实现，当飞机的两个主起落架被压缩，且至少一台发动机的滑油压力不低压以及拖机模式在正常位时，该活门才被打开。随后需通过转换选择活门使液压进入6GC伺服控制机构。该活门的打开条件是前起落架放出，一旦前起落架收起该活门将会关闭而切断液压来源。如图3所示，液压进入6GC伺服控制机构，通过SLAVED VALVE进入滑阀的中间，在该处通过伺服活门的位置来改变滑阀两端的压力，控制液压进入前轮转弯作动筒的具体腔室，从而实现前轮转弯。其中，滑阀上连接了一个LVDT传感器，BSCU通过控制伺服活门改变滑阀的位置，通过LVDT监控滑阀的位置是否正确响应，从而实现闭环控制。

2.2 前轮转弯的控制过程

一般情况下，在低速滑行时机组采用手轮来控制前轮转弯角度，在高速滑行时机组采用脚蹬来控制前轮转弯角度。两个手轮与脚蹬的控制通过代数叠加的方式实现。转弯的控制原理如图4所示，两个手轮的指令经过解析后直接送入BSCU，脚蹬的信号通过ELAC计算机后进入BSCU计算机。具体控制过程是两个手轮的指令在进入BSCU计算机后首先进行叠加，通过图5的换算将手轮的指令与脚蹬的指令叠加，经过限速控制，然后将该指令以电流的形式输入伺服活门，伺服活门在液压的作用下控制前轮转到指定角度，3GC将该角度反馈给伺服活门的输入端作为负反馈。如果输入的实际位置与指令位置不一致，伺服活门的输入端会有电流输入，如果一致则没有电流输入，即伺服活门的输入是控制指令与实际位置的差值。与此同时，4GC将前轮的实际位置反馈给BSCU的监控通道，如果4GC与3GC的参数值超过6度，就会产生警告，同时切断转弯伺服机构的液压。

3 QAR數据分析

3.1 QAR数据利用原理

由图5可知，手轮的指令换算值如下：

其中，Y为前轮的最终指令值。

根据以上原理，在QAR上查找对应的参数，计算出β指令，与QAR参数上的β指令值相对比，可知BSCU的计算是否存在错误；再与3GC的指令值对比，查看6GC伺服机构的控制是否正确；最后查看飞机在起飞抬轮和降落刚放轮的情况下3GC的值是否在0附近，从而可知3GC的传感器电器零位与机械零位是否一致。即利用QAR数据可以探测出整个转弯系统的部件故障。

关于脚蹬的指令问题，由于脚蹬同属于飞控系统的方向舵控制，因此脚蹬的角度值对前轮转弯的控制也会受方向舵配平的影响。在飞控系统中，不踩脚蹬时方向舵的配平角度等于脚蹬的角度值，这也是机组在遇到前轮跑偏时采用配平来修正的操作原因之一。

3.2 建立监控模型

基于上述原理，利用空客SKYWISE平台上的QAR数据进行验证，输入手轮、脚蹬及轮速参数，计算出理论值，对比QAR参数中BSCU计算出的指令值，查看两者的残差是否符合期望为0的正态分布，如符合则上述公式应用正确。

从图6可以看出，残差符合期望为0的正态分布，说明公式合理。接下来验证3GC与机械位置的一致性。由于前起落架的定中凸轮作用，当前起落架伸出时，前轮的机械位置是0，如果3GC的电器位置也是0，说明正常；如果偏移较大，说明有跑偏现象。对前起放下后及自检后的数据进行统计，如图7所示，该飞机在机械零位时，电器的角度是0.124度且非常稳定，说明该监测原理可行。

验证6GC的工作状态算法，将BSCU的指令值与3GC反馈值进行做差，查看残差分布。如图8所示，残差也是近似期望为0的正态分布，说明6GC的工作状态监控算法没有问题。虽然其中非0的数据较多，原因是跑道路面不同或滑行时的侧风等外界因素所致，总体仍为正态分布就表明6GC的监控算法可行。该算法的问题在于不能實时监控，需要监控一段时间内的数据才能平衡外界因素干扰，从而监控6GC的性能状态。

4 监控措施方案

综上所述，利用QAR数据可以监控以下内容：

1）监控3GC是否存在机械零位偏差；

2）监控BSCU指令值是否正确；

3）监控6GC的性能状态。

通过第一点的监控，可以及时解决前轮跑偏问题并提前发现3GC和4GC的齿轮与前起支柱内的齿轮盘之间的磨损问题。通过第二点监控可以准确判断出BSCU计算机是否有问题，从而大大降低BSCU计算机送修的NFF率。通过第三点监控可以及早发现6GC的性能状态，以判断其内部的伺服活门是否存在老化等现象。另外，通过对应监控到的某些异常点，可以查看是否存在因主轮刹车、前轮漏气等造成的跑偏。

对于前起落架内部齿轮磨损严重的情况，可以根据飞机上的4GC与3GC的差值来监控，当监控到波动频繁时，可拆除3GC和4GC，详细检查对应的齿轮和前起支柱齿轮盘的状态。一旦发现齿轮盘磨损严重，需更换前起落架组件，尤其是在翼近10年的老龄飞机的起落架。

参考文献

[1]空客A320AMM维护手册[Z].

[2]赛峰起落架培训手册[Z].

[3] TFU 32.51.00.17 [Z].

[4] ISI 32.51.00.015 [Z].