某直升機飛行中總距下放困難故障分析

鄭 坤，連林櫻，張嚴林，賴勇暉

(昌河飛機工業集團有限責任公司，江西 景德鎮 333000)

近幾年，某型直升機在飛行過程中發生“總距卡滯故障”“總距下放困難”或“總距操縱力偏大”故障頻繁。據統計，發生此類故障的直升機概率高達5.8%。雖然每次故障發生時，飛行員都及時果斷地采取了合理的處置，使直升機安全著陸，未造成嚴重后果，但這類故障嚴重威脅飛行安全，如果不能從根源上進行分析解決，后果不堪設想。

該類故障涉及操縱、旋翼、液壓、飛控等系統，引發故障的可能性多樣而復雜，故障定位及故障排除工作量大，難度大。通過對各起“總距卡滯故障”“總距下放困難”或“總距操縱力偏大”故障的具體分析和解決發現，故障原因具有一定的共性，然而又各有區別，不盡相同，針對每一起故障還應具體分析，具體解決。

本文以某直升機飛行中總距下放困難為例，對故障進行研究和分析，剖析故障發生機理，并形成故障解決方案，為后續處理類似故障積累經驗[1-2]。

1 系統組成及工作原理

1.1 旋翼系統

該型直升機旋翼系統由5片復合材料槳葉、球柔性槳轂和自動傾斜器組成。球柔性槳轂主要由中央件組件、揮舞支臂組件、彈性軸承和阻尼器等組成，自動傾斜器主要由動環不動環組件、球鉸組件、扭力臂、防扭臂和變距拉桿等組成(見圖1)。

圖1 主槳轂和自動傾斜器結構示意圖

球鉸組件與操縱相關的運動副有2個：一個是球鉸沿導筒滑動運動副(提供總距運動)，另一個是球面轉動運動副(提供周期變距運動)。2種運動副之間均設有自潤滑襯墊，分別粘貼于球體內孔和上、下球座的球面上(見圖2和圖3)。

圖2 自動傾斜器結構圖

圖3 球鉸組件結構示意圖

3個助力器布置結構形式為90°均布，且每個助力器均與自動傾斜器的3個不動環節點連接。操縱系統通過3個助力器的伸長/縮短帶動自動傾斜器繞球鉸或沿導筒運動，實現旋翼的周期變距以及總距運動[3-4]。

1.2 主槳操縱系統

主槳操縱系統為硬式機械液壓助力操縱系統，由周期變距操縱和總距操縱組成。周期變距操縱由縱向操縱和橫向操縱組成。在復合搖臂后周期變距操縱和總距操縱是共用的。復合搖臂為周期變距操縱和總距操縱線系的匯合處，每個線系都能獨立操縱而不影響其他線系。操縱系統示意圖如圖4所示。

圖4 操縱系統示意圖

總距桿能同時改變所有槳葉的槳距角，從而改變主槳升力的大小。周期變距桿能使主槳槳距角產生周期性改變，從而操縱旋翼槳盤的傾斜角，控制升力的方向[5]。

1.3 液壓系統

液壓系統包括2套(左、右)主液壓系統和1套應急液壓系統。左主液壓系統為主槳雙腔助力器的下作動筒提供液壓源；右主液壓系統為主槳雙腔助力器的上作動筒提供液壓源。一旦2套主液壓系統有一套系統故障，另一套系統仍可保證主槳助力器另一腔作動筒正常動作，維持直升機的助力操縱[6]。

1.4 飛控系統

操縱系統與飛控系統中的并聯舵機交聯，并聯舵機中設置有彈簧載荷機構和配平機構，可以為操縱機構提供一定的桿力梯度和桿力，在周期變距桿手柄和總距手柄上裝有桿釋放按鈕，通過桿釋放按鈕實現對周期變距桿桿力的釋放。

2 故障描述

直升機在進行五邊下滑時，穩定懸停后下放總距，機輪剛接觸地面，總距無法下放。此時CLP為45%～50%，左、右液壓系統壓力正常。這時上提總距桿可以正常操作且力度正常，斷開飛控總距仍無法正常下放，施加極大下壓力后總距桿突然下放到底。

3 故障分析及處理

3.1 故障原因分析

通過系統原理分析可知，總距卡滯故障主要涉及的系統包括操縱、旋翼、液壓及飛控等系統，因此對上述相關系統進行詳細檢查[7]。

3.1.1 機上靜態目視檢查

對機上相關系統進行目視檢查，對相關間隙進行測量，檢查及測量結果見表1和表2。

表1 靜態目視檢查結果

(續表)

表2 間隙實測值記錄表

3.1.2 機上通電及供壓檢查

在機上通電及供壓的情況下對飛控系統及操縱系統進行功能檢查，檢查結果見表3和表4。

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表3 通電及供壓檢查結果

表4 總距操縱力測量結果

3.1.3 自動傾斜器離機檢查

拆卸自動傾斜器，使用啟動力測量工裝進行大球鉸無載荷啟動力矩測試。

1)按程序規定8個方位角采用從中立至測試方位轉動測試方法對大球鉸做無載荷啟動力測試，正、反面各測8個點(見圖5和圖6)。大球鉸8個方位角啟動力矩測試數據見表5，啟動力矩值均符合要求(≤12 N·m)。

圖5 測量球鉸啟動力矩示意圖

a)正放

2)采用全行程方式測試，發現個別方向啟動力矩明顯增大。

大球鉸全行程方式起動力矩測試數據見表5，在個別方向上啟動力矩明顯增大，力感不均勻，正放及反放啟動力矩最大分別為22.38和22.22 N·m。

表5 大球鉸啟動力矩測試數據

進一步對大球鉸進行檢查發現，球鉸襯墊存在明顯摩擦印痕(見圖7)。

圖7 球鉸襯墊存在明顯摩擦印痕

結合機上供壓時做組合操縱時從自動傾斜器處傳來金屬摩擦的異響、大球鉸啟動力矩在個別范圍偏大及大球鉸襯墊存在明顯摩擦痕跡等事件，初步判斷直升機總距下放困難的原因為：自動傾斜器動環不動環組件(含球鉸)存在異常，部分球鉸在飛行中發生摩擦力大的情況導致飛行過程中自傾球鉸摩擦力大，加上旋翼氣動載荷綜合作用，超出助力器輸出能力，引起總距卡滯，使總距下放困難。

3.2 故障處理

在原機上恢復更換大球鉸組件后的自動傾斜器，并進行組合操縱力檢查，操縱力符合要求(實測數據見表6)，且在整個操縱過程中無異響，故障消除。

表6 總距操縱力測量結果

4 故障機理分析

經地面動環不動環組件全方位啟動力矩測試、組合操縱異響和球鉸襯墊存在摩擦印痕等綜合判斷，大球鉸的摩擦因數問題導致組合操縱時球體與球座之間啟動力矩增大，從而使得自動傾斜器在導筒上的摩擦力增大，動環不動環組件啟動力矩不再是無載啟動力矩，這樣周期變距力與總距提放力之間互相激勵，形成正反饋。激勵到一定程度后就變成要克服球體與導筒之間以及球體與球座之間卡滯力，同時再加上旋翼氣動載荷綜合作用，超出助力器輸出能力，3個助力器中只要1個助力器載荷達到輸出能力上限就會出現組合操縱卡滯(故障機理如圖8所示)[8]。綜上所述，認為自動傾斜器大球鉸存在卡滯點是造成總距下放困難的原因。

該架機安裝的球鉸組件為國產件，通過對國產球鉸組件和國外球鉸組件進行分解前后的尺寸和目視檢查對比發現：1)國產球鉸組件與國外球鉸組件分解前和分解后的尺寸差異不大；2)國產球鉸組件(見圖9)與國外球鉸組件(見圖10)在襯墊表面質量上有明顯差距。

圖8 大球鉸故障機理分析示意圖

圖9 國產球鉸組件襯墊外觀圖

圖10 國外球鉸組件襯墊外觀圖

該架機球鉸組件襯墊的表面粗糙度和摩擦因數已明顯不符合要求。

目前，國產球鉸組件襯墊與國外球鉸的襯墊在性能上還存在一定差距，通過顯微鏡微觀對比發現：國外件球鉸襯墊外觀均勻，含膠量適中(見圖11)，而國產球鉸襯墊表面含膠量過多且不均勻(見圖12)，使其球鉸摩擦因數大于國外球鉸摩擦因數。某國外球鉸組件與某國產球鉸組件襯墊表面粗糙度檢測結果對比見表7。

圖11 國外球鉸襯墊微觀形態

圖12 國產球鉸襯墊微觀形態

表7 襯墊表面粗糙度檢測結果

5 結語

在進行球鉸啟動力測量時，使用8點式測量方法時均滿足要求，但全方位檢查時球鉸卻發現超差點，所以8點式大球鉸啟動力測量方法無法完全定位故障，需進一步在全行程范圍內搖動啟動力矩測量工裝，如球鉸存在卡滯點，則補測卡滯點所處方位的最大力矩值的要求，以進一步定位異常部位。

組合操縱力檢查作為排除操縱線系機械卡滯問題的重要標準，不能作為判斷總距卡滯的唯一判定標準。在日常維護檢查中，建議在機械日時按維護手冊進行組合操縱力檢查，仔細判斷是否有異響，在地面狀態及時發現操縱系統卡滯的可能性[9-10]。

在設計層面，要持續對旋翼和操縱系統進行優化改進，提升穩定性和可靠性，最大程度減少總距下放困難的可能性，提高直升機的安全性。