波音787 襟翼/缝翼HMU 设计缺陷及改装案例分析

■ 程凯文/北京飞机维修工程有限公司

1 波音787-9 飞机飞控系统原理

波音787 飞机的飞控系统为纯电传操纵（FBW），综合飞控系统（IFCS）中集成了三大功能软件：主飞行控制功能（PFCF），高增升功能（HLF），自动飞行功能（AFF）。其优点除了集成度高、具有多套安全裕度系统外，还包括取消了传统的抑制荷兰滚的偏航阻尼器计算机，从而将方向舵从最初的设计理念“转弯”中解放出来（波音787飞机的方向舵只是辅助和备用抑制荷兰滚），使方向舵能更专注于飞机转弯操作，从而提高操作机动性。波音787-9飞机在飞控系统中增加了“阵风抑制压力传感器”，新增了横向阵风抑制功能，并通过横向/垂直向模式抑制加速度计新增了P-Beta 功能，这两种功能控制飞机各舵面如襟副翼、扰流板、可变后缘操作等，除能抑制荷兰滚和提高螺旋稳定性外，还能提高飞机横向/垂直向平顺性，降低湍流的影响，减少驾驶员的工作量并提高旅客舒适度。

传统飞机襟翼为两缝三开式后缘襟翼，利用缝隙流过高速气流，使上翼面气流流速增高，更好地保护层流附面层，提高升力减小失速现象。波音787 飞机的后缘襟翼采用波音公司最先进的“无缝式襟翼”，即襟翼只有一道缝隙，可以配合扰流，根据需要调节缝隙的大小甚至完全盖住缝隙，在保证良好气动外形的同时几乎无气动损失；后缘还采用了先进的内侧外侧可脱开控制技术（Variable Camber Trim Unit，VCTU），实现了TEVC-LA 大翼减载功能和TEVC-DR 巡航襟翼功能。TEVC-LA 大翼减载功能是指在飞机起飞前通过飞行管理功能（FMF）计算实际起飞全重、跑道长度、环境温度、静压等参数并告知及控制FCM，当跑道长度允许时，后缘襟翼放下到一定程度后，内侧襟翼与外侧襟翼脱开，内侧继续放下，外侧则保持不动。该设计的优点在于：飞机主要升力来自翼根而不是翼尖，能在减少大翼负载和翼尖扭转力的同时提高经济性，且为自动功能，不需要飞行员控制。TEVC-DR 巡航襟翼功能使飞机在巡航时通过改变大翼可变弧度改善飞机巡航性能，降低阻力，提高经济性，且巡航期间自动控制操作度很小，不需要飞行员操作。波音787-9 飞机还具有独特的尾翼门驱动系统（EDAS），通过平尾/垂尾前缘小孔进气流速产生负压抽吸力，将平尾/垂尾表面的湍流附面层去除，保持平流附面层的稳定性，提高气动外形的平滑度，以达到经济性目的。另外，波音787 飞机还采用了气动倾斜翼尖小翼，能消除诱导阻力，减小翼尖涡流扰动。

其中，襟翼/缝翼为飞控系统高增升部分，高增升系统是控制飞机升力装置的系统，包括后缘襟翼、前缘襟翼和克鲁格襟翼等。高增升系统有三种工作模式，分别是主级模式、次级模式和备用模式。主级模式时由液力马达（高流量高转速）驱动襟翼/缝翼，备用模式时由电马达驱动襟翼/缝翼，次级模式时先由液力马达驱动，当液压流量或液力马达转速不足导致舵面移动慢时变为由电马达驱动。FCE（飞行控制电子设备）是高增升系统的核心控制部分，HCU（襟翼/缝翼液压控制模块）和EMCU（液压马达控制组件）是信号处理转换机构，PDU（后缘襟翼驱动组件）是执行机构。FCE 中包含FCM（飞行控制模块）、ACE（作动器控制电子设备）、PCM（电源控制模块），FCM负责接收襟翼/缝翼指令信号并运算修正后提供给ACE，PCM 是FCE 的专属供电模块。ACE 将主级模式和次级模式下的指令信号送给HCU，HCU 内部有7 个双通道电磁阀，形成两套独立的控制通道，将电信号转变为液力信号送给HMU（襟翼/缝翼液压马达组件），由HMU 为PDU 提供液压动力，从而驱动襟翼/缝翼舵面的运动。HCU 通过7 个电磁阀控制调节液压的压力和方向，完成襟翼/缝翼舵面的7 种指令状态（伸出、收回、高速、缝翼刹车、缝翼关断、襟翼刹车和襟翼关断）。ACE将次级模式和备用模式下的指令信号传给MECU（后缘襟翼电动马达控制组件），MECU 通过电信号控制襟翼/缝翼电驱动马达，实现电马达驱动襟翼/缝翼舵面的运动。液力马达和电马达连接在PDU 上，液力/电动通过PDU 驱动襟翼/缝翼扭力管，扭力管带动襟翼/缝翼舵面运动，最终实现襟翼/缝翼舵面运动的控制，如图1 所示。

图1 飞控系统-后缘襟翼工作原理

2 事件背景

国航波音787-9 机队在基地执行航线例行维护时，航线机械员反馈，例行检查工作时发现“右主轮舱、舱门及机身腹部有油迹”，经扩大检查确定为襟翼/缝翼HMU 和PDU 部件有轻微渗漏迹象。通过查阅相关AMM 手册，执行液压系统增压测试，均符合手册渗漏极限，检查飞机液压油量均在正常范围，无明显缺少迹象。考虑到后续航班运行以及渗漏在可接受范围，执行清洁工作后放行飞机，并通过AHM 等手段持续监控飞机液压油量及液压系统状态。但之后该问题仍频繁出现。

3 分析与探讨

3.1 后续维修方案的必要性

上述事件中部件缺陷发生在航线维护期间，在液压系统存在轻微渗漏并符合手册渗漏极限的条件下，结合后续航班结构及航空公司经济效益考虑，可以评估飞机再飞一段时间。但由于液压油腐蚀性很强，有可能腐蚀飞机底漆、蒙皮及结构甚至减少部件寿命，且缺陷部件的渗漏发展趋势无法预估，存在造成机队不可预期非计划停场等不可控因素，后续制订计划停场及预防性维修方案很有必要。

3.2 安全隐患的排查

因另一架波音787-9 飞机出现了同样问题，所以制订了普查计划，通过普查计划排查出国航波音787-9 机队存在渗漏问题的其他飞机的，渗漏程度在手册允许范围内，不会立即产生AOG 停场等问题。将普查到的情况向工程部门报告。

查阅波音官网文件波音787-FTD-27-15001，全球机队发生过类似渗漏问题，许多波音787 机队中发生过多起因液压油渗漏更换HMU 和PDU 的事件。鉴于某些情况下的渗漏会引起飞机漆层脱落，AMM 针对液压部件的内部和外部渗漏规定了渗漏极限，根据AMM B787-A-29-11-00-00C-364A-A，正常渗漏极限为每分钟5 滴，放行渗漏极限为每分钟10 滴。

3.3 OEM 厂家的分析与处理建议

对HMU 渗漏问题的分析：波音和穆格公司对HMU 进行大范围的实验性测试时，发现HMU 在高流量时有瞬时渗漏发生。进一步实验性测试后发现，根本原因是流量率变化时（如液压马达启动时以及高速向低速转换时）液压系统内的流体会产生气穴现象，使得液压系统小幅度压力变化过快或过流量率变化过快，气泡爆炸使HMU 内部产生轻微损伤，从而引起部件动态轴封严损伤。波音认为渗漏是由HMU 引起，与PDU无关（如图2 所示），发现外部渗漏超出极限时应更换HMU。

图2 后缘襟翼PDU件

临时处理措施：在HUM 部件升级前，可以先根据AMM 手册的渗漏允许极限放行飞机。

最终解决方案：OEM 厂家穆格公司陆续对HMU 部件执行改装，将件号升级为P667A1001-03 Mod A 或P667A1001-04。通过升级有缺陷的HMU 部件，增加HMU 动态轴封严弹簧力，同时修正HCU 系统压力，有助于渗漏问题的解决。

3.4 制订预防性维修方案

经过与工程部和生产计划部门的讨论，认为该问题不是故障而是设计缺陷，不需要立即为整个机队更换新件号的HMU，否则费时费力且不经济。制订了预防性维修计划，明确在后续AHM 监控中关注液压系统液压油的下降率，并合理结合计划停场时间，执行HMU 部件改装工作。

4 结束语

综上所述，出现部件设计缺陷问题时不必让整个机队立即停飞更换或改装升级部件，可以通过有效监控及分析手段和预防性计划维修，合理安排计划停场时间，结合定检工作完成部件改装升级。预防性维修既可以消除部件设计缺陷导致的安全隐患问题，也可以提高航空公司的飞机利用率，从而提高航空公司经济效益。

预防性维修计划的宗旨是在故障发生前通过各种有效手段及方法如AHM、报文、各系统液量及关键性能参数等，监控机队运行期间各系统的变化趋势、健康程度及间歇故障等，进行科学的分析，提前判断可能危及适航安全的重大故障，消除隐患或故障，并对后续航班进行合理化安排停场，进行计划维修工作，从而提高航空公司经济效益。为避免过度维修，实现对缺陷的监控和对故障的精确排除，同时避免不必要的停场浪费，需要以专业知识和实践经验为依托，对发现的问题进行深入思考和分析，不断精进，才能更好地判断故障和缺陷，做到精确排除故障、持续监控缺陷并根治，从技术层面提高航空公司精益性。