某型飛機襟翼驅動故障分析及維修策略

姜建輝 王宇 張書成

摘要：某型飛機飛行中襟翼在運動過程中出現卡滯，結合襟翼工作原理深入分析，明確故障機理，從外場維護角度提出一些檢查改進建議，盡可能將故障暴露在地面檢查過程中，確保飛行安全。

關鍵詞：襟翼驅動系統；卡滯；改進

Keywords：flap drive system；stuck；improvement

1 故障現象

某飛機返航著陸過程中，飛行員反映襟縫翼操縱手柄由巡航構型放至著陸構型，襟翼在運動過程中異常停止，CAS信息報“襟翼驅動故障”。

此后，多次嘗試放襟翼失敗，轉入應急著陸程序，以故障構型安全著陸。落地后，飛控系統重新上電，在地面進行20余次襟縫翼收放檢查，除兩側外襟翼內側下吊式變角減速器存在異響外，系統工作正常，故障未復現。

2 故障分析

2.1 故障過程分析

通過飛參數據對故障過程進行分析，整個過程中存在的不正常現象主要有以下三點：

1）飛行員將襟縫翼手柄由巡航構型放至著陸構型，襟翼運動到中途停止，發生由“襟翼PDU過載打滑”而引起的“襟翼驅動故障”告警；

2）飛行員將襟縫翼操縱手柄由起飛構型放至著陸構型，襟翼向收起方向運動2.7°停止，運動方向與指令方向相反，“襟翼PDU驅動通道1”和“襟翼PDU驅動通道2”同時故障，CAS報“襟翼驅動故障”告警；

3）變角減速器存在異響。

2.2 故障原因分析

1）襟翼PDU過載打滑分析

為保證傳動線系能夠承受來自襟翼PDU的驅動扭矩，且不發生永久變形，系統中設計有過載保護功能。

過載保護功能：當襟翼PDU輸出軸負載大于設定的保護門限值時，襟翼PDU力矩限制器打滑，持續打滑超出設定時間范圍，輸出軸制動。此故障為可恢復故障，當襟縫翼操縱手柄發出新的控制指令后，故障清除并按照新控制指令進行運動。

經過初步判定，“襟翼PDU過載打滑”的原因為襟翼防收制動裝置WTB解制動故障、傳動線系中存在機械卡滯點、襟翼PDU執行部件力矩限制器的外端機械部分存在卡滯。

2）“襟翼PDU驅動通道1、2故障”原因分析

襟翼PDU驅動通道1、2故障的監控邏輯為：襟翼PDU控制器中對驅動通道進行“過壓”“轉速閉環超差”“電機霍爾故障”監控，當某一通道出現任一故障后，襟翼PDU控制器將之綜合為襟翼PDU驅動通道1或襟翼PDU驅動通道2故障，并上報襟縫翼控制器。以“襟翼PDU驅動通道故障”為頂事件，其故障樹如圖1所示。

“驅動通道母線過壓”的監控邏輯為：當驅動通道母線電壓超過350V且持續5s，則判定“驅動通道母線過壓”故障發生。結合飛參數據發現，故障中并未記錄整流電源故障，且電機反轉的時間僅為1.2s左右，在判定時間關系上與此次機上故障的飛參數據不符，可以排除。

電機霍爾為雙備份通道，兩個電機霍爾物理隔離，同時發生故障的概率極低，可以初步排除。

轉速閉環超差的監控邏輯為：襟翼PDU控制器中采集電機轉速信號與指令轉速信號進行比較，當實際轉速與指令轉速比較差值超出并持續一定時間后，判定為轉速閉環超差故障。飛參數據顯示，襟翼舵面從開始運動到襟翼PDU驅動通道1、2故障時長為1s，并且舵面運動方向與指令方向相反，滿足判定邏輯。

綜上所述，可以判定“襟翼PDU驅動通道1、2故障”的原因為襟翼PDU驅動通道1和襟翼PDU驅動通道2發生由于實際運動方向與指令方向相反引起的“轉速閉環超差”故障。

3）襟翼反向運動原因分析

襟縫翼操縱手柄由起飛構型放至著陸構型，襟翼向收起方向運動2.7°停止，運動方向與指令方向相反，產生此現象有兩種原因。第一，下吊式變角減速器中無返回機構故障，導致氣動載荷反傳驅動舵面運動。對無返回機構工作原理進行分析，得知至少需要兩個下吊式變角減速器中無返回機構故障，才能導致在氣動載荷的作用下舵面回收，該情況概率極低。根據變角減速器分解檢查情況，無返回機構未發現故障，故此情況可排除。第二，傳動線系中卡滯，使得扭力桿發生形變。襟翼PDU輸出軸打滑后襟翼防收制動裝置WTB和襟翼PDU輸出軸均制動，當新指令產生后，襟翼防收制動裝置WTB和襟翼PDU均解除剎車后，形變恢復帶動舵面運動。假如卡滯點在襟翼PDU執行部件輸出軸，不會發生積聚能量的形變，造成舵面的反轉，因此可排除襟翼PDU執行部件輸出軸卡滯。假如襟翼防收制動裝置WTB解剎車故障造成打滑，則傳動線系中產生形變積聚能量，當新指令產生后，襟翼防收制動裝置WTB首先解制動，傳動線系的形變會立刻朝向放襟翼的方向恢復，而不是收襟翼的方向，因此可排除襟翼防收制動裝置WTB解剎車故障。

綜合“襟翼PDU過載打滑”“襟翼PDU驅動通道1、2故障”和襟翼反向運動的原因分析，可以判定，襟翼傳動線系中存在機械卡滯點，導致“襟翼PDU過載打滑”，造成襟翼傳動線系發生形變積聚能量，當新指令產生后，襟翼防收制動裝置WTB和襟翼PDU均解剎車后，形變恢復帶動舵面運動，造成“襟翼PDU驅動通道1、2故障”。以“機械卡滯”為頂事件，故障樹如圖2所示。

a. 沿翼展方向分布扭力桿及導向件卡滯

沿翼展方向分布扭力桿為雙萬向節形式，其兩端均由支座組件支撐，支座組件為軸承+花鍵軸形式，本身具有對機翼變形適應功能，軸承卡滯概率極低。

b. 下吊式變角減速器+絲杠機構卡滯

單側兩塊襟翼，每塊襟翼由兩個下吊式變角減速器+絲杠機構驅動，絲杠機構的故障模式是傳動效率降低和滾珠損壞，不會導致卡滯，所以主要排查下吊式變角減速器。

c. 襟翼運動機構卡滯

襟翼運動機構包括前襟運動機構、主襟運動機構和后襟翼運動機構。飛機發生襟翼PDU打滑保護時襟翼在運動中途停止，此時前襟、主襟、后襟三部分疊在一起放出，前襟和后襟翼運動機構都尚未工作，故可以排除前襟運動機構和后襟翼運動機構卡滯事件，應著重檢查主襟運動機構。

由于變角減速器存在異響，且卡滯點可能與變角減速器有關，因此對變角減速器進行離位檢查。在機上功能檢查過程中及性能測試變角減速器時，變角減速器運轉過程中均存在咯噔的異常聲響。針對異響原因制造商給出的解釋是：襯套與十字軸之間產生了間隙，在軸承載荷的作用下襯套與十字軸發生撞擊；變角減速器存在聲響對產品的功能和性能無影響。對產品分解檢查，發現變角減速器組件存在銹蝕，經試驗驗證，變角減速器內部銹蝕導致摩擦力過大，進一步導致襟翼PDU輸出軸打滑。

2.3 故障形成機理

由于變角減速器內部銹蝕導致摩擦力過大，輸出軸與變角減速器之間的傳動線系發生形變而積聚能量，襟翼PDU輸出軸打滑，導致襟翼運動到中途停止，機理清楚。分析認為變角減速器內部銹蝕的原因為其內部存在進水，針對此現象對該型產品進行了普查，在其他飛機上并未發現類似問題。因此，對該架飛機前期的飛行及地面維護工作和使用環境進行了分析核查，發現該機在本次飛行前停放了50余天，除按維護要求完成發動機試車工作外未進行其他工作，且一直在戶外停放，檢看停放機場的天氣情況，恰逢雨季。該機為初期設計制造產品，部分區域的漏水孔布局存在不合理情況，并未實施更改，易出現積水問題。變角減速器的換向軸安裝位置正處于積水區域，分析認為這就是變角減速器內部銹蝕的主要誘因。

3 總結

為了保證襟縫翼系統的工作狀態，盡可能將故障暴露在地面檢查過程中，結合這次故障情況，提出維護過程中的注意點：

1）襟縫翼收放檢查中，在注重其收放功能檢查的同時，還應該注意其收放過程中的異響及時間變化問題；

2）日常維護過程中，引入襟翼絲杠潤滑脂或潤滑油分析環節。通過分析潤滑脂或潤滑油中金屬屑含量，來判斷襟翼絲杠的工作狀態及磨損程度。如果金屬屑含量過高，一定程度上可以說明襟翼在運動過程中存在磨損問題，有必要及時對其進行檢查；

3）加強對飛參數據的利用，可以將對復雜邏輯的分析逐一分解為對較簡單的單一邏輯問題的分析判斷，同時加強專家系統數據判讀范圍及趨勢分析能力；

4）對長期停放飛機，針對季節性變化，應根據環境變化進行維護檢查及潤滑保養，對活動部件進行功能及動作檢查，必要時可進行飛機牽引運動，防止動部件長期不工作引發銹蝕、異物入侵等潛在風險。

作者簡介

姜建輝，工程師，主要研究方向：航空機務維修。

王宇，工程師，主要研究方向：航空機務維修。

張書成，主要從事航空機務維修工作。