駕駛桿支撐耳片斷裂的可修復性分析與實施

■ 蔣琳 劉建波 張敏 盧小勇 劉闊/石家莊海山實業發展總公司

0 引言

駕駛桿手柄是飛行控制系統的最重要組成部分,飛行員通過操縱位于座艙內的駕駛桿和腳蹬,產生控制飛機的縱向、橫向和航向機械位移操縱指令,實現對飛機飛行姿態的控制。駕駛桿上的模態切斷開關用于切除飛機的自動駕駛模態,轉為飛行員操縱模態。模態切斷開關由壓板控制,壓板由兩個耳片支撐固定,一旦斷裂將造成修復困難,整體換新將造成修理成本巨大,且器材供應無法保障。

1 修復與實施

1.1 概述

接收維修時發現飛機駕駛桿上固定模態切斷開關壓板的兩個耳片變形,在整形后用鉚釘HB6350?2.5×16重新鉚接駕駛桿手柄上的模態切斷開關壓板時,變形的耳片受力折斷（見圖1）。

產品如果整體換新,新品單價5.5萬元,且無法保證供應。換新將導致修理成本激增,生產周期無法保證。因此,制定新的修復方案勢在必行。

1.2 原因分析

經現場檢查和分析,發現以下情況 ：

1） 由接收檢查時發現耳片已變形,可知在產品出廠時固定耳片已因鉚接造成變形。

2）手柄上安裝模態切斷開關壓板的位置狹小,非常不利于鉚釘HB6350?2.5×16的鉚接工作。

3） 手柄材料是鑄鋁（ZL101-T4）,塑性差,耳片單片厚度僅為3mm,鉚接時稍有不慎耳片就易折斷。

圖1 駕駛桿耳片折斷與正常對比圖

1.3 修復方案

手柄材料是鑄鋁ZL101-T,焊接性不好,如果采用焊接的方法,耳片焊接后手柄變形大,按鈕安裝孔將無法使用。因此,根據手柄的外形結構,采用不銹鋼板（材料為1Cr18Ni9Ti、厚度為0.8mm）制作一個加強支臂（見圖2）,利用固定卡箍上的一個螺釘GJB122.6.1 M3×5將加強片平面固定,然后在手柄的下部鉆2個M3螺釘孔,用三個螺釘（GJB122.6.1 M3×5）將加強片固定在手柄上。

1.4 耳片受力分析

圖2 不銹鋼加強片

經查壓板圖樣,壓板鉚釘孔中心到手指按壓處的距離是45mm,到按鈕的距離是15mm。手指按壓按鈕的力約8N,根據杠桿原理,作用在鉚釘孔處的力約16N（見圖3）。

1.5 耳片加強后強度計算

1） 加強片鉚釘孔的抗拉強度（見圖4）

根據GJB2295A-2006標準,冷軋不銹鋼（1Cr18Ni9Ti）的抗拉強度值（σb）為540N/mm2；鉚釘孔的受力面邊距3mm,2個受力面為6mm,左右2個加強片,厚度為0.8mm,總受力面積為9.6mm2。

加強片的抗拉力為：

9.6mm2×540N/mm2=5184 N

2） 加強片鉚釘孔的抗剪強度（見圖5）材料（1Cr18Ni9Ti）的剪切強度為：τb=0.6σb=0.6×540N/mm2

=324 N/mm2

兩片加強片孔邊承受鉚釘剪力的面積為：4 mm×0.8mm=3.2mm2

2個加強片共4個剪切面承受鉚釘剪力,剪切面積為：3.2mm2×4=12.8mm2

加強片所承受的剪力為：

324N/mm2×12.8mm2=4147.2N

通過計算得知,4147.2N遠大于16 N,所以完全滿足使用要求。

圖3 耳片受力分析

圖4 加強片鉚釘孔的受力圖

圖5 加強片鉚釘孔抗剪切力受力圖

圖6 加強片與耳片、壓板配合狀態

1.6 加強片裝配

1） 耳片固定

加強片制作完成后,為防止耳片存在活動間隙,可用XM-18膠將折斷的耳片粘接在加強片上,待膠固化后將壓板鉚接在加強片上（見圖6）。

2） 加強片的裝配

a） 將加強片與卡箍共用1個螺釘孔處用銼刀修一個下線槽,保證加強片與卡箍安裝后保持齊平（見圖7）。

b）將加強片與手柄用螺釘GJB122.6.1 M3×5固定在一起,裝配前螺釘螺紋處涂H04-2紅色磁漆防松（參見圖8）。

圖7 安裝后配合應齊平

2 實物驗證

2.1 理論分析

1） 通過受力分析,用不銹鋼加強后,加強片所承受的抗拉力為5184N,所承受的剪力為4147.2N,能夠滿足操縱壓板使用。

2） 采用不銹鋼加強片加強,可保證手柄不變形,優于焊接。

3） 采用加強片加強,設計巧妙,不影響手柄的整體美觀。

圖8 加強片與手柄配裝后狀態

2.2 現場驗證

在正常使用情況下,采用16N的5倍即80N的力對加強片進行連續1小時的受力驗證,加強片無變形和斷裂現象,滿足設計使用要求。

[1] 謝會宣等.鈑金工藝學[M].航空工業技工教材編審委員會,1983.

[2] 張棟.失效分析[M].北京:國防工業出版社,2013.

[3] 盧永吉,王遠達,侯健軍.機維修體制發展方向及關鍵技術研究[J].飛機設計,2008,28(4):73-76.