CESSNA172R飛機方向舵操縱鋼索故障分析

郭湘川 付貴

摘 ?要：方向舵是飛機用來改變飛行方向的重要部件，它主要是通過方向舵操縱鋼索來控制方向舵面完成方向的改變。頻繁使用的鋼索會發生磨損、斷裂、彎曲疲勞、生銹等故障，嚴重威脅到了飛行的安全。該文根據CESSNA172R方向舵操作系統的結構特點，通過鋼索結構組成原理對鋼索失效的原因進行分析，提出了預防飛行方向舵操縱鋼索失效的措施和維護預防方法，減緩鋼索損傷速度，提高鋼索的使用壽命，保證飛機運行安全。

關鍵詞：CESSNA172R ?方向舵 ?鋼索 ?故障分析

中圖分類號：X951 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）06（b）-0037-02

方向舵主要用來控制飛機的偏航操縱，它的操縱是通過駕駛員腳蹬踏板來實現舵面的轉動，踏板與舵面之間由操縱鋼索連接。飛機操縱系統的鋼索通常是用碳素鋼或不銹鋼制成的，它具有較高的抗拉強度、疲勞強度和沖擊韌性，能承受多種形式的交變載荷，可傳遞較長距離載荷，承載安全系數大。CESSNA172R飛機的每根鋼索通常由7股鋼絲扭合在一起，每股包括7根或19根鋼絲，用7×7或者7×19表示。鋼索在使用的過程中同時受到扭轉和拉伸作用，且相互影響。由于受力較為復雜，使用環境多變等原因，容易造成磨損、斷裂、腐蝕、變形及疲勞等失效形式，嚴重影響了飛行安全。該文根據某飛行學院訓練機型CESSNA172R方向舵操作系統的結構特點對鋼索失效的原因進行了分析，利用ANYSY Workbench進行了有限元分析，提出了預防飛行方向舵操縱鋼索失效的措施和維護預防方法，提高鋼索的使用壽命，保證飛機運行安全。

1 ?方向舵鋼索操縱系統介紹

CESSNA172R飛機方向舵操縱系統如圖1所示，它由腳蹬機構、復位彈簧、鋼索、滑輪和相關連接件組成，系統各部件通過相互連接和相互作用，組成一個閉環回路。該機型方向舵操縱系統的閉環回路不同于一般軟式飛行操縱系統的鋼索回路，一般軟式飛行操縱系統的鋼索回路的張緊程度是通過直接調節鋼索張力值來直接設置，而CESSNA172R飛機方向舵系統的鋼索回路的張緊程度是通過調節腳蹬樞軸到前防火墻的距離來進行設置的，通過調節鋼索的長度改變復位彈簧的長度，進而改變彈簧張力達到改變回路張力的目的[1]。

2 ?方向舵操縱鋼索失效的原因分析

2.1 鋼索磨損

鋼索磨損是鋼索失效的主要原因之一，根據調查研究，CESSNA172R飛機方向舵鋼索磨損部位都發生在如圖1所示的FS142.00滑輪處。導致操縱鋼索磨損的因素主要有：鋼索走向不合理、鋼索與結構件之間間隙過小，造成使用中的磨損;操縱鋼索常年裸露在外面，造成了鋼索污染，許多雜質附著在鋼索上面給鋼索造成很大影響;導向器、防磨塊等材質相對鋼索的硬度過高;導向器的結構形式、設計尺寸的不合理性。

2.2 過載拉斷

利用ANYSY Workbench軟件對這次受力進行仿真分析，從計算分析結果可知，鋼索的最大應力分布在鋼索彎折處的最上部，最大應力為拉應力，大小為124.24MPa，應力分布如圖2所示。

3 ?預防方向舵操縱鋼索失效的措施

根據以上對CESSNA172R型飛機方向舵操縱系統鋼索失效的原因分析，針對鋼索磨損、腐蝕、過載拉斷等因素，在不改變現有飛機方向舵結構的基礎上制定以下預防鋼索失效的措施。

（1）定期檢查鋼索，及時更換不符合要求的鋼索。對于斷絲散開的鋼索可用抹布檢查;對于磨損區域比較光滑或有光滑凹坑的鋼索，應將鋼索松脫，輕微旋轉、彎曲鋼索損傷部位，檢查鋼索損傷狀況[3]。

（2）設置合理的鋼索張力值，防止由于鋼索過松帶來的鋼索大幅振動。

（3）保證鋼索與防磨塊、機身隔框有適當間隙，避免操縱鋼索與兩者直接接觸。

（4）注意檢查操縱系統的活動部件，尤其是外露的活動部件，確保無腐蝕和外來物污染，從而避免鋼索過載拉斷。

（5）重點檢查飛行操縱鋼索經常發生磨損的區域和疲勞危險區域。

參考文獻

[1] 杜仲，劉德勝，許將軍，等.CESSNA172R飛機飛行操縱鋼索故障原因分析[J].中國安全生產科學技術，2014（2）：155-159.

[2] 劉庭耀，趙曉輝.飛機操縱系統鋼索斷裂原因分析[J].失效分析與預防，2009（11）：247-250.

[3] 羅裕富.CESSNA172R飛機操作系統鋼索分析[J].科技風，2012（10）：5.