Cessna172R飛機(jī)方向舵操縱系統(tǒng)鋼索故障分析

易思云

摘 要：Cessna172R飛機(jī)飛行操縱系統(tǒng)鋼索的故障，特別是方向舵操縱鋼索的故障，是Cessna172R型飛機(jī)最常見的、嚴(yán)重影響飛行安全的多發(fā)性故障之一，嚴(yán)重威脅了飛機(jī)的飛行安全。本文對(duì)Cessna172R飛機(jī)方向舵操縱系統(tǒng)鋼索在檢查中發(fā)現(xiàn)的故障進(jìn)行分析，結(jié)合磨損理論，旨在找到最常見故障的萌發(fā)原因，并且通過總結(jié)維修實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，制定有效的預(yù)防措施，提高鋼索使用壽命，確保飛行安全。

關(guān)鍵詞：Cessna172R飛機(jī) 方向舵操縱系統(tǒng) 鋼索 故障

中圖分類號(hào)：V277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）11（a）-0080-02

飛行操縱系統(tǒng)是飛機(jī)上用來傳遞操縱指令、驅(qū)動(dòng)舵面運(yùn)動(dòng)、控制飛機(jī)的飛行姿態(tài)的系統(tǒng)。Cessna172R型飛機(jī)操縱系統(tǒng)采用軟式傳動(dòng)方式。軟式傳動(dòng)具有重量相對(duì)較輕、容易安裝和布局、便于繞過障礙、利于遠(yuǎn)距離傳遞機(jī)械信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)。軟式傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由鋼索、滑輪、搖臂、導(dǎo)向裝置、松緊螺套等組成。由于鋼索只能承受拉力，所以必須構(gòu)成鋼索回路，以實(shí)現(xiàn)操縱面的雙向傳動(dòng)。鋼索在使用當(dāng)中常見的故障包括斷絲、銹蝕、磨損、腐蝕、壓傷、變形等，Cessna172R型飛機(jī)飛行操縱系統(tǒng)鋼索最常見的故障是磨損、斷絲。

方向舵操作系統(tǒng)是飛行操縱系統(tǒng)的重要組成部分，是主操縱系統(tǒng)，提供飛機(jī)的偏航操縱。駕駛員蹬腳蹬操縱飛機(jī)使其繞垂直軸偏航做偏航運(yùn)動(dòng)。

自2013年開始到目前，某飛行學(xué)院飛機(jī)修理廠已完成60余架Cessna172R型飛機(jī)的10000小時(shí)定期檢修，這60余架飛機(jī)超過50%的方向舵操作系統(tǒng)鋼索存在因鋼索磨損斷絲超標(biāo)而進(jìn)行更換鋼索的情況。本文根據(jù)這些Cessna172R飛機(jī)方向舵操作系統(tǒng)鋼索磨損斷絲情況，總結(jié)出最常見的故障，并且進(jìn)行分析，查找故障多發(fā)原因，并制定有效的預(yù)防措施。

1 Cessna172R型飛機(jī)方向舵操縱系統(tǒng)

Cessna172R飛機(jī)方向舵操縱系統(tǒng)由腳蹬機(jī)構(gòu)、鋼索、滑輪、回輸彈簧和相關(guān)連接件組成，系統(tǒng)各部件通過相互連接組成一個(gè)閉環(huán)回路（見圖1）。Cessna172R飛機(jī)方向舵操縱系統(tǒng)鋼索有兩根，一根主動(dòng)，另一根被動(dòng)受力，當(dāng)?shù)拍_蹬操縱方向舵偏轉(zhuǎn)時(shí)，腳蹬拉動(dòng)兩根方向舵操縱鋼索的其中一根繃緊運(yùn)動(dòng)，這根鋼索連接方向舵，使方向舵受力偏轉(zhuǎn)，方向舵又使另一根被動(dòng)鋼索受力，被動(dòng)鋼索把力傳遞到回輸彈簧，使回輸彈簧拉伸，方向舵完成偏轉(zhuǎn)。而鋼索張緊程度是通過調(diào)節(jié)腳蹬樞軸到前防火墻的距離來進(jìn)行設(shè)置的，通過調(diào)節(jié)鋼索的長度改變回輸彈簧的長度，進(jìn)而改變彈簧彈力達(dá)到改變鋼索張力的目的。Cessna172R飛機(jī)AMM手冊(cè)規(guī)定腳蹬樞軸到前防火墻的標(biāo)準(zhǔn)距離是6.5英寸（16.51cm）。

2 Cessna172R飛機(jī)方向舵操縱系統(tǒng)的故障

Cessna172R飛機(jī)方向舵鋼索在整個(gè)行程上在三處地方有滑輪支撐，分別為腳蹬下面、機(jī)身的飛機(jī)站位FS108隔框處和飛機(jī)尾艙飛機(jī)站位FS142.00處。方向舵鋼索在腳蹬處未發(fā)現(xiàn)磨損或斷絲，在機(jī)身FS108隔框滑輪處有少量飛機(jī)的鋼索發(fā)現(xiàn)輕微磨損。方向舵操縱鋼索磨損斷絲最嚴(yán)重的位置為飛機(jī)尾艙飛機(jī)站位FS142.00滑輪處，而方向舵鋼索因磨損斷絲超標(biāo)而更換也全都是因該故障（見圖2）。

經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)，Cessna172R飛機(jī)方向舵鋼索在機(jī)身尾艙飛機(jī)站位FS142.00滑輪處，鋼索磨損量為3～6股（沿鋼索長度方向），磨損長度1.5cm左右，方向舵鋼索全行程移動(dòng)量約3.5cm（見圖3）。并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)方向舵操縱系統(tǒng)的腳蹬樞軸到防火墻的距離小于標(biāo)準(zhǔn)距離6.5英寸時(shí)，鋼索一般都會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的磨損，而且存在距離越小鋼索磨損越嚴(yán)重的趨勢。因方向舵操縱系統(tǒng)的腳蹬樞軸到防火墻的距離直接控制著方向舵鋼索的張力，所以可以理解為當(dāng)方向舵操縱鋼索的張力小于標(biāo)準(zhǔn)張力時(shí)，鋼索在飛機(jī)尾艙飛機(jī)站位FS142.00滑輪處就會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的磨損，而當(dāng)鋼索張力越小，磨損越嚴(yán)重，鋼索磨損斷絲超標(biāo)的周期越短。

3 Cessna172R飛機(jī)方向舵鋼索在飛機(jī)站位FS142.00滑輪處磨損最嚴(yán)重的原因分析

Cessna172R飛機(jī)方向舵鋼索存在的磨損主要原因?yàn)榻佑|疲勞磨損和微動(dòng)磨損。接觸疲勞磨損是指在循環(huán)交變接觸應(yīng)力長期作用下所引起的表面疲勞剝落現(xiàn)象。微動(dòng)磨損是機(jī)件配合處，接觸表面之間雖然沒有宏觀相對(duì)位移，但在外部變動(dòng)載荷和震動(dòng)的影響下卻產(chǎn)生小幅震動(dòng)而出現(xiàn)的復(fù)合形式磨損。下面對(duì)應(yīng)這兩種磨損分析比較方向舵操縱鋼索在三處滑輪處的磨損。

Cessna172R飛機(jī)方向舵操縱鋼索在腳蹬下面經(jīng)過一組滑輪。該處滑輪大幅改變鋼索傳動(dòng)方向，使鋼索與滑輪沿滑輪的周向接觸距離較長，接觸面積較另兩處滑輪大，而且鋼索在此滑輪處距離鋼索與腳蹬接頭距離很近，因此鋼索震動(dòng)幅度很小，鋼索承受的交變應(yīng)力相對(duì)也很小。所以鋼索在該處幾乎沒有接觸疲勞磨損和微動(dòng)磨損。

Cessna172R飛機(jī)方向舵操縱鋼索在機(jī)身的飛機(jī)站位FS108隔框滑輪處和飛機(jī)尾艙飛機(jī)站位FS142.00滑輪處的跨度都較大，但是鋼索在飛機(jī)站位FS142.00滑輪處的磨損比在飛機(jī)站位FS108隔框滑輪處的磨損要嚴(yán)重很多，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的發(fā)生有以下原因：蹬腳蹬操縱方向舵偏轉(zhuǎn)時(shí)，主動(dòng)鋼索張力增大，拉動(dòng)方向舵偏轉(zhuǎn)，而鋼索與方向舵的接頭的運(yùn)動(dòng)方向與鋼索傳動(dòng)方向多不在一條直線上，因此會(huì)使鋼索產(chǎn)生擺動(dòng)。由于方向舵操縱系統(tǒng)在方向舵下部用限動(dòng)釘限動(dòng)，因此當(dāng)方向舵運(yùn)動(dòng)到限動(dòng)位時(shí)鋼索會(huì)產(chǎn)生較為劇烈的震動(dòng)。而且鋼索的震動(dòng)幅度隨著操縱力的增大而增大。震動(dòng)會(huì)造成鋼索在飛機(jī)尾艙飛機(jī)站位FS142.00滑輪處產(chǎn)生較大的交變應(yīng)力。而因鋼索的震動(dòng)能量在飛機(jī)站位FS142.00滑輪處已經(jīng)大部分被消耗，所以在機(jī)身的飛機(jī)站位FS108隔框滑輪處的震動(dòng)很弱，因而鋼索在此處承受的交變應(yīng)力較小。所以鋼索在飛機(jī)站位FS142.00滑輪處的接觸疲勞磨損較為嚴(yán)重。飛機(jī)在飛行過程中，方向舵會(huì)受到氣動(dòng)力的影響而發(fā)生幅度微小的擺動(dòng)，這時(shí)由于鋼索連接著方向舵，也會(huì)造成鋼索的微小震動(dòng)。而鋼索的這個(gè)微小震動(dòng)的大部分能量也是在飛機(jī)站位FS142.00滑輪處消耗，而傳遞到飛機(jī)站位FS108隔框滑輪處的能量也很少。所以方向舵鋼索在飛機(jī)尾艙飛機(jī)站位FS142.00滑輪處會(huì)受到較嚴(yán)重的微動(dòng)磨損。

經(jīng)以上分析可以得出以下結(jié)論：Cessna172R飛機(jī)方向舵操縱系統(tǒng)鋼索的磨損主要受震動(dòng)的影響。鋼索在腳蹬下面的滑輪處由于鋼索的跨度小，幾乎沒有震動(dòng)，所以未發(fā)生磨損；鋼索在機(jī)身的飛機(jī)站位FS108隔框滑輪處的震動(dòng)很小，所以只發(fā)生了很輕微的磨損；鋼索在飛機(jī)尾艙飛機(jī)站位FS142.00滑輪處由于跨度大，并且吸收了大量的震動(dòng)能量，所以磨損最嚴(yán)重。

4 Cessna172R飛機(jī)方向舵操縱系統(tǒng)鋼索的改裝建議和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

4.1 改裝建議

（1）在腳蹬處加裝方向舵操縱系統(tǒng)限動(dòng)裝置。

（2）在飛機(jī)尾艙加裝滑輪組，減小鋼索跨度。

4.2 維護(hù)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）更換鋼索前應(yīng)檢查鋼索有無制造缺陷。

（2）換季檢查或結(jié)構(gòu)修理時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查，嚴(yán)格執(zhí)行Cess na172R飛機(jī)AMM手冊(cè)規(guī)定的檢查標(biāo)準(zhǔn)與要求。

（3）維護(hù)過程中應(yīng)注意潤滑滑輪，確保滑輪能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。檢查過程中如果發(fā)現(xiàn)滑輪磨損程度較大，應(yīng)更換滑輪。

（4）換季工作或更換鋼索后必須按照Cessna172R飛機(jī)AMM手冊(cè)的規(guī)定調(diào)整鋼索張力，即調(diào)整腳蹬樞軸到防火墻距離為6.5英寸。

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