某型飛機高振動區域電纜磨損故障分析與改進

李 煒 劉艷華 黃明俊

（國營蕪湖機械廠，蕪湖 241007）

1 故障概況

電纜作為飛機的“血管”和“神經”，性能會直接影響飛機的飛行安全[1]。某型飛機飛行時，語音告警系統及座艙顯示器誤報液壓系統故障。通過進一步檢查，故障原因為該飛機左尾梁部位連接液壓油箱的信號電纜出現故障[2]。經分解檢查發現，具體原因為飛機左尾梁部位A電纜線束中1、2號導線在固定電纜的卡箍處磨損后搭接，導致語音告警系統報警，磨損位置及磨損情況見圖1。對其他飛機該部位進行抽查，發現均存在不同程度的電纜磨損現象。

圖1 磨損位置及磨損情況

2 故障原因分析

根據故障情況，分析導線磨損的可能原因，導線磨損故障樹見圖2。

圖2 導線磨損故障樹

2.1 導線被卡箍夾傷分析

A電纜線束敷設在飛機左尾梁部位，處于高振動區域，輕微磨損位置處于兩卡箍之間，嚴重磨損位置處于卡箍上方或下方，如圖3所示。因為卡箍膠墊未破損，線束未與卡箍金屬部分接觸，所以排除導線被卡箍夾傷情況。

圖3 A電纜線束敷設示意圖

2.2 導線與導線相磨分析

A電纜線束內有4根導線，它們的型號規格、絕緣層材質（主要有機成分為乙烯-四氟乙烯共聚物）以及磨損部位方向均相同，但是形狀不一，如圖4所示。因為導線間無明顯相互磨損特征，所以排除導線間相磨的情況。

圖4 A電纜線束導線損傷示意圖

2.3 導線與機體結構、導管相磨分析

A電纜線束使用卡箍固定于結構型材，電纜與型材之間的間隙符合要求，且導線外防護層氟化布無破損情況，因此排除導線與機體結構相磨的情況。查看電纜機上的裝配狀態可知，電纜外側裝有各種導管，但導管與電纜之間的間隙符合要求，因此排除導線與導管相磨的情況。

2.4 導線與防護布相磨分析

根據電纜故障檢查情況，導線絕緣層初期磨損痕跡與電纜外防護層氟化布內側紋路一致，導線磨損點與防護布內側磨損點一致，如圖5所示。下面對該部位進行導線和防護布損傷微觀分析。

圖5 磨損點示意圖

2.4.1 外觀觀察

按GB/T 33343—2016[3]的規定進行外觀觀察。如圖6所示，在導線磨損位置處發現與之對應的氟化布，且可見不同程度的磨損形貌，但是氟化布未完全磨破，僅與導線接觸的內側可見磨損形貌，且在導線絕緣層外側可見白色和黃色附著物，氟化布內表面可見白色和黃色附著物。

圖6 損傷形貌

2.4.2 SEM分析

對損傷部位進行結構方程模型（Structural equation modeling，SEM）分析，結果如圖7所示。圖7（a）為未使用的良品氟化布微觀形貌，呈編織狀形貌，表面光滑[4]。圖7（b）為導線磨損位置對應的氟化布微觀形貌，編織狀形貌已嚴重磨損。采用X射線能量色散譜方法（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy，EDS）進行表面成分分析，其主要成分有C、O、F、Mg、Si和Ti等元素，見圖7（c）。圖7（d）和圖7（e）分別為該部位附著的白色和黃色粉末的微觀形貌，采用EDS進行表面成分分析，主要成分有C、O、F、Mg、Si和Ti等元素，如圖7（f）所示。可以看出，良品氟化布和磨損氟化布兩處的元素種類和含量無明顯差別，而粉末附著物為有機物，對其進行EDS成分分析只能測到C、O兩種元素。

圖7 SEM分析

2.4.3 FTIR分析

按GB/T 6040—2002[5]的規定，對磨損導線絕緣層、新品導線絕緣層、白色粉末和黃色粉末進行FTIR分析，如圖8所示。結果顯示：磨損導線和新品導線的絕緣層材質相同，主要有機物成分為乙烯-四氟乙烯共聚物；白色和黃色粉末的主要有機成分也為乙烯-四氟乙烯共聚物。可見，白色和黃色粉末為導線絕緣層磨損脫落的磨粒。

圖8 FTIR分析

2.5 綜合分析

結合失效分析可知，導線的磨損形式為接觸疲勞磨損。導線絕緣層與外防護層氟化布形成摩擦副，在振動應力的反復作用下，導線絕緣層淺表面微區萌生疲勞裂紋并在導線絕緣層淺表面擴展。當擴展到一定程度時，裂紋擴展方向折回表面，導致材質層片狀脫落形成磨坑，從而使材質表面粗糙度增加。較大的粗糙度會加劇摩擦副間的磨損，從而使導線外層絕緣層逐漸剝落露出線芯。

2.6 小結

損傷導線集中在飛機尾梁部位，該部位為振動頻率較高的區域。在電纜線束制造敷設時，由于導線有彎曲或長度不一致，振動過程中會使導線產生隨機運動和軸向拉應力。由于卡箍緊固且導線由氟化布包裹，導線與防護層之間會形成摩擦副，從而在高頻振動應力反復作用下導致導線磨損（接觸疲勞和機械磨損）。

3 改進措施

針對上述問題，可采取以下措施。首先，普查該型飛機高振動區域電纜，分解固定卡箍并全面檢查外防護層，對存在磨損的導線進行換新處理。其次，為減小導線之間的應力釋放，將導線進行絞合處理，使每個固定卡箍之間至少保證兩個絞距，并在兩端使用玻纖套管綁扎。再次，為減小導線與氟化布之間的相對移動，在線束外根據實際情況增加1～2處綁扎緊固點，確保兩卡箍之間長度不超過50 mm。最后，為降低電纜振動頻率，將卡箍固定部位的電纜纏繞有機硅自粘帶以增大阻尼系數，從而降低電纜振動的頻率。在敷設電纜時，需要使用卡箍對線束進行固定，且卡箍固定部位的電纜線束要用有機硅自粘帶包纏2～3層，保證電纜固定順直。改進后的電纜線束敷設示意圖如圖9所示。

圖9 改進后的電纜線束敷設示意圖

4 結語

電纜磨損的主要原因是導線與防護布之間形成摩擦副，在高頻振動應力反復作用下導致的。落實改進措施后，該型飛機高振動區域電纜暫未發生磨損故障，且定期分解檢查電纜外觀質量良好，證明改進措施切實有效，能夠進一步消除電纜故障隱患，保證飛機飛行安全。