某型飛機鐵鳥試驗起落架收放系統故障分析

馬莉　譚冰

摘要：針對某大型水陸兩棲飛機鐵鳥試驗過程中左主起落架無法正常放下的故障問題，重點從液壓系統設計、起落架結構設計以及產品安裝等方面進行分析，確定了故障發生的原因，并提出了針對性的改進設計方案。

關鍵詞：鐵鳥試驗;水陸兩棲飛機;液壓系統;起落架;上位鎖

0 引言

鐵鳥臺架上進行的飛行試驗是對飛機的各項設計指標進行的第一次全面考核。通過對各任務系統進行相關性能試驗，可發現系統潛在的故障和缺陷[1]。同時，排故過程中所做的更改設計，還可在臺架上再次進行驗證試驗證明其正確性。

針對某大型水陸兩棲飛機在鐵鳥試驗起落架收放過程中出現的故障情況，本文分析了故障產生的原因，提出了故障解決方案。研究結果表明，該故障主要是由于上位鎖未能正常開鎖到位造成的，可通過更改主起上位鎖傳感器信號采集位置、加裝節流閥以及加大主起作動筒收放力度等方式解決[2]。

1 故障現象

某型飛機鐵鳥試驗模擬100次飛行剖面試驗中，在進行第85次～第92次飛行剖面試驗模擬飛機降落過程時，出現如下故障現象。

1） 左主起落架未放下，左主起上位鎖打開，起落架控制盒顯示左主起上位鎖燈滅，左主起下位鎖燈滅。

2） 右主起落架放下，右主起下位鎖未打開，起落架控制盒顯示右主起上位鎖燈滅，右主起下位鎖燈滅。

3） 前起落架及前起艙門正常放下，起落架控制盒顯示前起落架下位鎖綠燈亮起，前起艙門下位鎖綠燈亮起。

4） 起落架控制盒未上鎖紅燈亮起。

初期懷疑是起落架控制盒電源故障，于是對起落架控制盒進行多次重新上斷電操作，但故障未排除。

2? 起落架收放工作原理

起落架收放系統的液壓原理簡化圖如圖1所示。當手柄放下后，主起落架控制閥通電切換至左側，高壓油液進入左右上位鎖作動筒的有桿腔，同時高壓油液通過單向節流閥組件5單向閥側和轉換活門，進入主起收放作動筒的無桿腔，有桿腔油液通過單向節流閥組件6節流閥側回到油箱內，完成主起落架上位鎖開鎖及主起落架放下動作。當手柄收上后，主起落架控制閥通電切換至右側，左右上位鎖作動筒無桿腔的油液與回油管路相通，上位鎖作動筒內彈簧復位。同時，高壓油液通過單向節流閥6組件的單向閥側和轉換活門，進入主起收放作動筒的無桿腔，有桿腔油液通過單向節流閥組件5節流閥側回到油箱內，完成主起落架收上動作及主起落架上位鎖隨動上鎖動作[3]。

當正常放起落架出現故障時，可采用備用放起落架模式。操作起落架備用放開關，作動筒處的轉換活門隨即切換，起落架控制盒控制備用放系統相關電磁閥換向，高壓油液進入主起落架上位鎖作動筒有桿腔，同時油液進入主起收放作動筒有桿腔，完成上位鎖開鎖及放下動作。

3 故障原因分析

針對起落架收放系統出現的故障現象[4]，分析故障原因可能是以下幾種情況。

1） 左主起作動筒內桿腔的油液壓力異常，供油壓力低或回油油路不暢。

2） 左主起轉換活門出現故障。

3） 左主起上位鎖開鎖異常。

4） 左主起作動筒活塞桿某處存在結構卡滯。

根據上述原因，逐一進行排查驗證。

3.1 液壓系統排故

根據故障現象可知，當起落架收放手柄置于“放下”位置后，左右主起上位鎖正常開鎖，右主起正常放下，左主起未放下。由于起落架收放控制系統同時控制左右主起落架的收放動作，由此說明控制系統邏輯正常。

根據圖1可知，右主起正常放下時，左右主起上位鎖均正常開鎖，說明起落架主控電磁閥換向功能正常。

綜合故障現象初步判斷，通往左主起作動筒之前的油路及液壓附件可能出現堵塞卡滯。因此對相關液壓系統內的油液進行取樣檢測，油液污染度為6級，符合該飛機液壓系統污染度等級要求，排除液壓系統污染度等級超標原因導致故障的可能[5]。

在進入左主起落架作動筒之前的轉換活門處和單向節流閥5、6處分別加裝3塊壓力表，再次進行收放試驗，測試壓力數據如表1所示。根據測試數據分析，當起落架進行放下動作時，高壓油液（額定工作壓力21MPa）通過單向節流閥組件5中單向閥、轉換活門進入左起作動筒有桿腔，在電磁閥未換向之前，單向節流閥組件5處的壓力為0.5MPa，在起落架動作過程中壓力由18MPa變化為20MPa，主起落架放下到位后壓力為22MPa。左起落架無桿腔油液通過單向節流閥組件6處的節流閥回至液壓油箱中，初始壓力為0.5MPa，動作過程中壓力由20MPa變化為18MPa，再變化為16MPa，主起落架放下到位后壓力為0.5MPa。

當起落架進行收上動作時，高壓油液通過單向節流閥組件6中單向閥處進入左起作動筒無桿腔，在電磁閥未換向之前，單向節流閥組件6處的壓力為0.5MPa，在起落架動作過程中壓力由15MPa變化為19MPa，再變化為22MPa，主起落架收上到位后壓力為22MPa，2s之后主控電磁閥斷電回中壓力變為0.5MPa。在進行收上動作過程中，左起落架有桿腔油液通過單向節流閥組件5節流閥側回至液壓油箱中，初始壓力為22MPa，動作過程中左起落架無桿腔油液通過單向節流閥組件6處的節流閥回至液壓油箱中，初始壓力為0.5MPa，動作過程中壓力由20MPa變化為18MPa，再變化為16MPa，主起落架放下到位后壓力為0.5MPa。

當出現左主起未放下故障時，直至右主起完成放下動作（下位鎖未能正常上鎖）的過程中，單向節流閥組件5中單向閥處的壓力直接由0.5MPa跳變至21.7MPa，未有壓力波動變化。單向節流閥組件6節流閥處的回油壓力在右主起放下過程中一直維持在1MPa，到位后壓力變為0.5MPa。

采用備用放起落架模式時，左主起轉換活門處的壓力由22MPa跳變至0MPa，供壓管路已切換到備用放液壓管路上，當主起落架均放下到位后，壓力變為22MPa。

根據對上述壓力測試數據的分析得知，正常收放起落架及備用放起落架液壓系統管路均不存在堵塞污染狀況，其所屬液壓附件工作性能正常，排除是由于液壓系統故障導致左主起未能正常放下的可能[6]。

3.2 左主起上位鎖排故

在出現左主起未正常放下過程中，有桿腔和無桿腔油液未出現壓力波動變化，而且左主起仍處在收上位置處，結合故障現象和排除過程，最終定位故障是由上位鎖未能正常開鎖到位造成的。

如圖2所示，主起落架上位鎖正常開鎖時，液壓油由液壓管嘴進入開鎖作動筒，活塞桿作伸出運動，推動鎖鍵逆時針轉動，同時傳感器靶標離開傳感器感應面，上位鎖發出開鎖信號[7]。

將收放手柄置于“放下”位置時，起落架控制盒上位鎖信號燈感應的是鎖鍵開鎖信號，這只是一個間接開鎖信號，當出現左主起未放下故障時，上位鎖開鎖信號燈滅，但實際情況是起落架支柱上的鎖柱并未與鎖鉤完全脫離。

當更換新的左主起上位鎖之后，左主起未放下故障消失。圖3左側圈出的上位鎖為鐵鳥試驗件，可見該鎖鉤內部有明顯壓痕，鎖鉤外表面漆面被磨掉，鎖鍵與限位裝置處存在明顯壓痕。而圖3右側的上位鎖則符合理論設計要求。

可以看出，在收上過程中左主起落架上的鎖柱與鎖鉤發生碰撞，兩者之間存在運動受力過程。理論上兩者之間不應有擦碰接觸。

根據起落架收放液壓原理，將手柄放下時，主控電磁閥換向，高壓液壓油是同時進入主起上位鎖作動筒和主起落架收放作動筒腔內，起落架作動筒內的伸縮桿同時開始做縮回動作。當該上位鎖某處存在結構變形或者鎖鉤表面摩擦力過大時，將導致開鎖過程中鎖鍵逆時針轉動偏離原位置。由于傳感器已發出開鎖信號，鎖鉤雖然出現順時針偏轉，但仍未偏轉到與鎖柱完全脫離的角度，而此時主起作動筒兩腔內油液壓力已經換向，主起則產生向外擺動的力，導致鎖柱與鎖鉤無法正常脫開，在外力長期作用下，鎖鉤內就出現了兩道壓痕[8]。

4 建議改進措施

鐵鳥試驗中出現的左主起落架無法正常放下故障主要是由于上位鎖未能正常開鎖到位造成的。建議進行以下三種設計改進：

1） 更改主起上位鎖傳感器采集信號位置，應該采集鎖鉤的位置信號。當鎖鉤偏轉到位后，上位鎖才發出開鎖信號。

2） 在進入主起收放作動筒的分支液壓管路上的單向節流閥組件5處加裝節流閥進行時序控制裝置，以使上位鎖先開鎖到位，然后液壓油再進入主起收放作動筒進行活塞桿縮回動作。

3） 改進上位鎖鎖鉤內表面結構，以降低鎖鉤內表面摩擦力，加大主起作動筒的收放力度，以克服上位鎖鎖鉤內表面的摩擦力。

對上述三種改進方案進行對比分析，認為目前應先采用最簡單的改進方案，即修整上位鎖鎖鉤內表面工藝結構，改進后的起落架系統可以進行正常收放動作。從長遠考慮，仍需要按照前兩種改進方案對起落架系統液壓原理方案進行更改，由于涉及設計原因以及安裝周期較長，將在后續的飛機改型中進行詳細設計更改并驗證。

參考文獻

[1] 王永熙.飛機設計手冊：飛行控制系統和液壓系統設計[M].北京：航空工業出版社，2003.

[2] 諾曼·斯·柯里.起落架設計手冊[Z]. 航空工業部，1982.

[3] 肖文鍵，等.某型飛機液壓系統相關失效原因分析及其改進方案[J].液壓與氣動，2002（10）：29—31.

[4] 唐有才，等.飛機液壓剎車系統故障分析及對策[J].液壓與氣動，2009（8）：60—62.

[5] 王金鐸，等.某型飛機主起落架漏油故障排除研究[J].航空維修與工程，2017（12）：42—43.

[6] 高文磊，等.飛機起落架收放液壓系統仿真與研究[J].液壓氣動與密封，2017（12）：64—66.

[7] 陳天立. 飛機液壓系統故障診斷與案例分析[D].天津：中國民航大學，2014.

[8] 侯聿.飛機起落架收放作動筒指型鎖的磨損研究[D].南京：南京航空航天大學，2016.

作者簡介

馬莉，工程師，主要從事飛機液壓試驗方面研究工作。

譚冰，工程師，主要從事飛機液壓試驗方面研究工作。