DA42NG 飞机停留刹车不易解除故障探究

2022-10-08贾建全李光耀中国民用航空飞行学院洛阳分院

航空维修与工程 2022年9期

■ 贾建全李光耀/中国民用航空飞行学院洛阳分院

1 背景介绍及刹车系统原理

DA42NG 飞机配备通航飞机经典型的压力刹车系统，其结构简单，使用方便。但在该机型实际运行前期经常出现停留刹车不能顺利解除故障，有时发生在飞行员准备起飞阶段，有时发生在准备滑行阶段，严重时可能造成飞机原地打转、冲出跑道等。

为此，本文从该型飞机刹车系统的底层原理分析出发，对刹车系统主要部件的工作原理进行解析，以找到飞机停留刹车不易解除的根本原因。

如图1 所示，DA42NG 飞机刹车系统主要由刹车油缸、刹车作动筒、软管、停留刹车活门、停留刹车手柄及钢索、刹车活塞、刹车片、刹车盘组成。其左右刹车除停留刹车活门、停留刹车钢索外，油路、操作、使用相互独立，左右油路在停留刹车活门内部均无交联，在停留刹车活门内部不串油情况下可视其为两个相互独立的刹车系统。

图1 DA42NG飞机刹车系统部件图

当副驾踩左脚蹬时，刹车作动筒的内部构造会令活塞下表面的油压增大，令左刹车系统的内部压力增大，活塞上表面油压降低，连接在刹车作动筒上的刹车油缸内的油因大气压和重力双重作用进入刹车油缸进行油液补充；当副驾抬起左脚时，刹车作动筒活塞在内部回位弹簧的作用下回到初始位置，在活塞复位过程中，活塞下表面的油压降低，同时因刹车作动筒活塞的结构特点，活塞上移过程中在刹车活塞上表面的油液会“翻”至活塞下表面，对活塞下表面进行油液补充，在刹车作动筒回位到初始位时其活塞上下油路仍处于沟通状态。也就是说，即使主驾左脚不踩刹车，主驾左刹车作动筒活塞的上下表面压力也会跟随副驾左刹车作动筒变化。右刹车系统的操作和原理与左刹车系统相同。

2 停留刹车不易解除现象

停留刹车活门的作用是封闭或者释放停留刹车活门下游压力。当停留刹车活门下游压力充足时，若将停留刹车手柄至于刹车位，则飞机可以处于自行刹车的停留状态。通过反复试验研究发现，因DA42NG 飞机停留刹车活门的结构特点，在停留刹车活门下游压力较大时，若单纯将停留刹车手柄至于解除位，该飞机往往出现单边或者双边刹车无法解除的情况，此种情况在我院其他配备类似刹车系统的其他型号飞机上从未发生过，十分令人费解。尤其当停留刹车活门下游压力越大（即刹车踩得越死）时，解除停留刹车手柄需要的力也越大，同时刹车也就越难解除。

3 停留刹车不易解除原因分析

对DA42NG 飞机停留刹车活门进行分解（见图2），分析认为，当需要设置停留刹车时，搬动凸轮手柄至凸轮离开顶针的位置，没有凸轮对顶针的压力，活门复位弹簧以及下游的油压共同作用在活门座底部，让活门向上压紧停留刹车阀块本体，此时因活门上胶圈的密封作用，下游的刹车油压被活门及胶圈封死在刹车端，停留刹车被设置。当需要解除停留刹车时，搬动凸轮手柄至凸轮顶住顶针的位置，因凸轮及顶针和活门之间为刚性接触，活门最终克服下游油压和活门复位弹簧的合力，迫使活门和胶圈离开停留刹车阀块本体，此时，下游油压已可以通过活门与阀块本体之间的间隙向上释放至上游的刹车作动筒直至油缸，停留刹车被解除。

图2 DA42NG飞机停留刹车活门分解图

停留刹车的特点如下：

1）设置停留刹车后，继续踩刹车可以增大停留刹车压力。因为设置停留刹车时，凸轮离开与顶针直接接触的位置，晃动停留刹车活门，可以听到顶针在停留刹车内部活动的声音，证明此时顶针处于“自由状态”，且活门被活门复位弹簧压在阀块本体上，此时活门复位弹簧处于“复位”状态。

如果此时，继续用脚尖踩下刹车，当刹车作动筒的输出压力大于停留刹车活门下游的刹车压力与复位弹簧的弹力之和时，活门会瞬间开启，活门上部的油液会通过活门与阀块之间的间隙，流入活门下游。当抬脚时，活门上游压力骤降，在下游油压和复位弹簧的共同作用下，活门再次被顶至与阀块本体接触，封死了下游油压向上释放通道，同时较踩刹车前下游油压增大。停留刹车出油接头上留有活门处于极限位置的流通槽，不用担心活门被压至出油接头时油路被封死。

2）踩着刹车来解除或设置停留刹车可以大大提高操作成功率。不踩刹车来解除停留刹车时，要想让活门打开，凸轮压顶针的力必须大于活门下游油压与活门复位弹簧的力之和。凸轮压顶针的力完全由停留刹车手柄及所连钢索提供，要想克服二力之和，刹车手柄需要对钢索施加较大的力度（试验证明此时刹车钢索会被力量压弯，而且无法将停留刹车活门推至解除位），而顶针与凸轮在较大的力度下从始至终“硬碰硬”，会导致凸轮和顶针磨损。

如果在踩着刹车的同时解除停留刹车，则由凸轮压顶针的力与刹车作动筒输出油压之和大于活门下游油压和活门复位弹簧的力可以看出，因为有刹车作动筒输出油压的辅助，凸轮压顶针的力可以不是很大，刹车手柄可以“更容易”地推动钢索，然后推动停留刹车活门摇臂直至停留刹车解除位，同时，由于刹车作动筒输出油压的存在，活门此时处于开启状态，活门对顶针的压力降低，那么凸轮磨损顶针的程度也就降低了，同时解除停留刹车时踩着刹车可以防止飞机突然冲出去，操作更安全。

3）设置停留刹车并将刹车踩到底后，需要压力才能解除停留刹车。踩住刹车的同时，将手柄推至停留刹车解除位，要想解除停留刹车，则停留刹车手柄通过钢索推动停留刹车活门摇臂的力转换至凸轮推动顶针的力（F1）与刹车作动筒的输出压力（F4）之和必须大于停留刹车活门下游的刹车压力（F2）与活门复位弹簧对活门的弹力（F3）之和。可以看出，只要F4 足够大，可以将F1 降至很低，即停留刹车手柄只需要提供较小的力，就可以使F1+F4 ＞F2+F3，停留刹车可以顺利解除。当停留刹车无法解除时，继续踩刹车，在踩刹车瞬间（力量足够大）活门立刻开启，此时活门对顶针的力量降低，顶针对凸轮的力量也降低，同时因为活门开启两端受力均衡，刚才钢索推不动的凸轮摇臂现在能够推动，可以看到钢索绷直，并推动凸轮摇臂继续前进，此时松开刹车，因为凸轮位置变化，顶针位置也向下移动，活门已回不到刚才的封死位，刹车被解除。再次踩刹车时，发现刹车已软。

4 建议的改进措施

图3 左图所示为机上停留刹车手柄置于解除位时停留刹车活门凸轮摇臂的角度，右图所示为停留刹车活门本体拆卸后可以达到的物理完全解除位。从中可以明显看出，活门装在飞机上后其钢索的长度不足以让停留刹车活门开启至物理完全解除位，即油压释放通道较小。与SR20G3 等类似型号飞机的停留刹车活门相比，DA42NG 飞机停留刹车活门的物理完全解除位更小。DA42NG 飞机的停留刹车钢索细且短，解除刹车时采用的是推钢索方式。因此，建议设计厂家加长加粗DA42NG 飞机的停留刹车钢索，同时建议将“设置及解除停留刹车时，需踩着刹车”的要求纳入手册范围，以降低该型飞机停留刹车不能顺利解除的故障率。