Cessna172R飛機鋼索損傷原因分析及預防

王丹

摘 要：飛機鋼索作為軟式傳動機構的一部分負責將操縱機構的信號傳送到舵面。由于鋼索傳動機構具有重量較輕、占用空間小及裝配時容易繞過其他設備等優點，所以對于塞斯納172R這樣的小型飛機很重要。該論文首先對飛機鋼索的自身結構、作用、傳動特點以及相關重要部件進行概述說明，然后對鋼索損傷進行了原因分析，總結了鋼索維護操作過程以及機務工程部門應對鋼索損傷問題采取的舉措。

關鍵詞：Cessna172R 鋼索 損傷 預防

中圖分類號：V24 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（c）-0011-03

飛機上的操縱鋼索通常是用碳素鋼或不銹鋼制成的。不銹鋼鋼索的抗腐蝕性好，用于水上飛機和農用飛機。碳素鋼鋼索的抗拉強度好，民航客機通常都使用此種鋼索。鋼索由鋼絲扭合而成。每根鋼索由7股鋼絲扭合在一起，每股包括7根或19根鋼絲，用7×7（如圖1（a））或者7×19（如圖1（b））表示。7×7為中等柔度鋼索，用于調整片、發動機操縱和指示信息；7×19為柔性鋼索，用于主操縱系統。在操縱飛機的過程中，需要兩根鋼索構成回路，以保證飛機多面能在兩個相反的方向旋轉，兩根鋼索輪流起作用，一根主動，一根被動。

飛機的傳動機構的作用是將操縱機構的信號傳送到舵面或液壓助力器。傳動機構通常有軟式、硬式和混合式三種。軟式傳動機構主要包括鋼索和滑輪等構件。鋼索的直徑由鋼絲的直徑和根數據頂，一般范圍是1/16～3/8in。在軟式傳動機構中，操縱力只能依靠鋼索的張力傳遞（鋼索只能承受拉力，不能承受壓力），因此必須有兩根鋼索構成回路，才能實現雙向操縱。為了改善軟式操縱的靈敏度，操縱系統中的鋼索在安裝之前必須用相當于設計強度50%～60%的作用力進行預拉伸處理；裝到飛機上的鋼索也要預加載，把鋼索拉緊，具有一定的預加張力。這樣在操縱時傳動鋼索就不容易產生伸長變形，保證操縱系統的靈敏度。軟式操縱系統里，鋼索屬于重要部件，其優點很多，例如，構造簡單，尺寸較小，重量較輕，比較容易繞過機內設備，同時，它的缺點也比較明顯：由于鋼索的剛度小，所以受力后容易被拉長，使操縱靈敏度變差，并且在飛行中舵面容易產生顫振，且極容易磨損腐蝕。

飛機上的鋼索終端可以采用不同的接頭方式，主要包括：鋼索球頭、環眼接頭、端桿接頭、螺紋接頭、螺套接頭、叉形接頭等、它們都是擠壓在鋼索端頭的。螺紋接頭、環眼接頭、叉形接頭、單柄球頭、雙柄球頭主要用于連接鋼索到松緊螺套、扇形輪等機構。

如圖2所示，（A）為雙柄球頭；（B）為單柄球頭；（C）、（D）為螺紋接頭；（E）、（F）為環眼接頭；（G）為叉形接頭。

Cessna172R型飛機上與鋼索相關的重要部件：（1）滑輪、扇形輪和鋼索鼓輪：滑輪用來支持鋼索和改變鋼索走向。它通常用膠木或硬鋁制成，為了減小摩擦力在支點處裝有滾珠軸承。扇形輪多用硬鋁制成，在支點處也裝有滾珠軸承。扇形輪能支持鋼索和改變鋼索走向，鋼索接頭通常固定在扇形輪上。另外，扇形輪常固定在扭力管上，使得鋼索可驅動扭力管轉動。鋼索鼓輪與鋼索的連接情況與扇形輪相似，也是通過鋼索球頭或圓柱頭固連，鋼索相對于鼓輪不會滑動。（2）扭力管：扭力管廣泛應用于飛行操縱系統中需要傳遞角位移和轉動之處。操縱系統里通常需要鋼索進行遠距離傳遞動力到液壓助力器；鋼索動力傳遞到扇形輪，扇形輪帶動扭力管轉動，并帶動輸入桿搖臂，推動輸入桿移動，最終將鋼索傳送來的機械信號傳遞到液壓助力器。（3）鋼索導向裝置：導索環可以由非金屬材料或金屬材料制造。在鋼索通過隔板或其他金屬零件上的孔時，導索環將鋼索包起來，保護鋼索。導索環軸線與鋼索直線之間偏斜不能大于3°。 （4）松緊螺套：松緊螺套用來調整鋼索的預加張力。螺套的兩端都有螺紋和鋼索接頭配合，且一端是正螺紋，另一端是反螺紋。（5）張力補償器：張力補償器可以在一定范圍內保證鋼索張力不受溫度變化的影響。

Cessna172R型飛機上常見的鋼索損傷形式有腐蝕、銹蝕、斷絲、壓傷、急劇彎折、散股、個別股凸起、磨損，但較為常見的則是腐蝕、銹蝕、斷絲和磨損。這4種損傷形式看似獨立，卻也有著一定的聯系。最為常見的銹蝕是腐蝕的其中一種形式。磨損與腐蝕最終的發展趨勢是斷絲的。就是說，如果鋼索在環境惡劣的情況下工作，且沒有被及時發現，最終會導致比較嚴重的后果—— 斷絲。而在某種情況下鋼索的磨損也會演變成腐蝕。鋼索的磨損會造成失去防腐潤滑油和金屬光潔層的保護，一旦外來污染物入侵，則可能發展成為腐蝕。

所有的損傷形式不排除飛機廠家設計制造的缺陷，在沒有設計制造問題的前提下，來討論鋼索損傷可能的原因。

（1）鋼索的磨損。

磨損，顧名思義是物體間摩擦造成的損傷。對于鋼索的磨損，原因很多。

①振動，指飛機在飛行過程中，受某些因素影響發生抖動，使得鋼索與飛機其他部件接觸而發生相對運動，摩擦所引起的磨損。這種情況不僅使鋼索磨損，同樣會給其他部件造成傷害。

②滑輪與導向器，前面有提到，鋼索在滑輪與導向器部位最容易發生斷絲。滑輪部位的鋼索在傳動中要反復受到彎曲和拉直的作用，即經常要受到重復載荷，因而容易斷絲。不僅如此，鋼索在滑輪與導向器處產生相對滑動，因磨損而發生斷絲。

③環境，鋼索受工作環境的影響，實質上就是工作環境中的雜質，附著在鋼索或封嚴處，加大鋼索的摩擦，使鋼索提前受損。國內空氣質量普遍偏低，鋼索工作環境較差，因而使得鋼索磨損加大。

④裝配間隙過小，當鋼索與其他部件間的間隙過小時，當溫度上升一些部件由于熱脹冷縮而膨脹與鋼索接觸并發生相對滑動，鋼索及各部件皆磨損。機務人員在鋪設鋼索時應考慮此問題，可以避免磨損的發生。

⑤預加張力不足，操縱系統中的鋼索都有一定的預加張力如果鋼索預加張力不足，不僅會使彈性間隙過大，而且鋼索松弛時，它與滑輪之間會產生相對滑動，因而還容易磨損。機務人員在調節鋼索張力時應當謹慎。

⑥潤滑不到位，鋼索在傳動過程中往往會與許多部件有接觸，比如滑輪、導向器等，所以潤滑工作工作很重要。一旦機務人員對鋼索潤滑不到位，易使鋼索產生磨損，并對以后的維護工作造成影響。因鋼索的潤滑不到位而發生的不安全事件較多，比較典型的事件：2007年8月23日某航空公司的B737-300飛機在大連過戰，機務人員在做組后的繞機檢查時發現飛機右機翼下部襟翼夾縫中露出約1 cm不明線頭，進一步檢查確認飛機擾流板鋼索在導向滑輪處斷裂。斷裂鋼索為6號飛行擾流板收回鋼索，編號WSB2-4，直徑3/32英寸，長305.1英寸。經調查分析，該飛機的鋼索斷裂原因如下：第一，剛鋼索屬于碳鋼鋼索，耐磨性和抗腐蝕性較差，不如不銹鋼材料鋼索，出現磨損斷絲后很容易導致鋼索斷裂失效；第二，該鋼索斷裂部位處于導向滑輪處，工作環境惡劣，潤滑困難，容易污染腐蝕，且出現腐蝕不易發覺；第三，局部潤滑不足。

（2）鋼索的腐蝕。

對于鋼索的腐蝕，其造成的原因可能有如下情況。

①鋼索磨損后被污染所引起的腐蝕。鋼索在磨損后，其防腐潤滑油和金屬光潔層被摩擦掉，因而得不到保護而被污染物腐蝕。

②溫度，雖然塞斯納172R是小型飛機，但巡航高度也有4 000多米。對流層的位置約由地面至12 km的高度。在對流層里的氣溫隨著高度增加而降低，大約是每上升1 km下降6.5 ℃。所以在一定溫度條件下可能形成水附著于裸露的鋼索而發生銹蝕。

③環境，對于沿海城市，空氣中含鹽量比較高，氯離子的含量就會很高，對鋼索產生腐蝕作用。對于機場地區來說，由于汽車尾氣和航空發動機的排氣，空氣中含有SO2等腐蝕性氣體。雖然機場地區空氣的SO2含量很低，但因為它在水中的溶解度相當高，對飛機結構或附件的腐蝕作用仍然較大，SO2對金屬腐蝕的影響好似一種催化劑，顯然，由于SO2的作用，催化了腐蝕進程。

④機務人員維護不到位。在操縱鋼索處涂潤滑油是防腐和防磨損的必要措施。航空器的操縱鋼索用碳鋼絲制成，使用油脂來防止其磨損和腐蝕，如果油脂被沖掉或擦掉，水分進入內部就會產生腐蝕。因此，機務應及時對鋼索涂刷潤滑油。另外還要注意不要用帶有油脂清除劑的布擦拭操縱鋼索，否則會清除潤滑油。對于不銹鋼鋼索，不推薦使用潤滑油潤滑。試驗表明，即使涂上潤滑油，不銹鋼扔存在磨損掉的顆粒。建議用干凈布擦拭不銹鋼鋼索。

（3）斷絲。

之前筆者提到過，鋼索的磨損與腐蝕發展趨勢是斷絲，不僅如此，當鋼索預加張力過大，鋼索就要經常承受過大的載荷，也容易出現斷絲。而在滑輪處，鋼索在傳動中反復受到彎曲和拉直作用，經常受到重復載荷亦容易發生斷絲。

飛機的操縱性是飛機跟隨駕駛員操縱駕駛桿、腳蹬動作而改變其飛行狀態的特征。飛機通過主操縱面—— 升降舵、方向舵和副翼對繞3個軸的運動進行操縱。而鋼索在飛機操縱系統中承載傳遞機械信號的重任。對于賽斯納172R型飛機，駕駛員所動操縱機構，通過傳動機構（鋼索、滑輪、搖臂等）直接輸送到舵面，操縱舵面偏轉。由此看出鋼索的重要性，一旦鋼索損傷或斷裂，駕駛員將會操縱困難或無法自由操縱舵面的偏轉，在很大程度上影響飛行安全和乘坐舒適度。因此，機務人員在對飛機的維護中應做好檢查維護工作，保障飛行安全。預防措施應做到：在安裝鋼索時應確保鋼索處于正常狀態；鋼索處于平直狀態，確保沒有纏繞以及鋼索沒有過度磨損；鋼索張力正常，緩慢調節鋼索張力，確保一根鋼索不會橫跨在另外一根鋼索上，確保鋼索沒有扭曲現象；采用防護措施保護鋼索。機務工程部應加強對維修的監管力度，重視質量監督和維修審核。必要時發臨時工作單對其余172飛機鋼索狀態進行一次性普查。針對特殊的事件開會討論，找出事件原因并加以科學性分析，并制定相關的維修計劃和處理措施并記錄。對于機務人員加強培訓，提高機務人員的維修素質。

參考文獻

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