起落架緩沖器掉壓及油液微量泄漏故障分析

嚴山欽，郭 輝，婁雷亭，王奉龍，劉虎騰

(1.中航飛機起落架有限責任公司，陜西 漢中 723200；2.空裝駐漢中地區軍事代表室，陜西 漢中 723200)

起落架是飛機的一個重要組成系統，供飛機在地面停放、滑行、起飛著陸滑跑時用于支承飛機重力，承受相應載荷的裝置，須具有良好的操縱性、穩定性和安全性。起落架著陸系統是飛機關鍵承力部件，在飛機安全起降過程中擔負著極其重要的使命，而緩沖器又是起落架必備的通用部件，其主要功能是吸收飛機在著陸和滑行期間的動能，減弱飛機由于撞擊而引起的顛簸跳動。某型號飛機在例行檢查時，發現主起緩沖器存在壓降及油液微量泄漏現象，雖然產品經過返廠復試，密封性能指標滿足設計要求，但是產品壓力下降問題未得到有效排除。緩沖器壓力下降直接影響著飛機的著陸和滑行安全，嚴重時會造成起落架功能性失效[1-3]。為此，有必要對緩沖器壓力下降及油液微量泄漏故障進行深入研究，精確定位，從根源上解決。

1 產品簡介

緩沖器安裝于飛機主起落架部位，屬于起落架部件重要的組成部件(見圖1)，主要由外筒、活塞桿、密封組件等元件組成。該型號起落架緩沖器為帶有活動密封組、等截面的油孔及活塞的阻尼裝置，正、反行程時均可起到阻滯緩沖的作用，屬典型的油液-氮氣式緩沖結構，其在氮氣和油液沖注方面有著嚴格的數值要求。當飛機落地時，緩沖器處于壓縮運動狀態時，活塞桿向右移動，腔內的氣體被壓縮，油液通過緩沖器內部的阻尼孔運動吸收能力，從而實現緩沖、減震作用；當飛機起飛時，外界對緩沖器的壓載荷將釋放，緩沖器處于伸展運動狀態時，腔內的壓縮氣體被釋放，油液高速通過節流孔，摩擦生熱，消耗能量，以達到減小撞擊及振動[4-6]。

圖1 緩沖器簡圖

2 緩沖器壓力下降及油液微量泄漏故障復現

緩沖器壓力下降直接影響到飛機起飛、著陸的平穩性和安全性；油液微量泄漏易造成油液浪費、周圍環境污染，嚴重時可引發零部件功能失常，且在裝配環節不易發現。為定位故障原因，解決緩沖器油液微量泄漏、掉壓問題，對返廠故障件開展了如下工作。

2.1 氣密試驗檢查

氣密試驗檢查操作如下。

1)測量返廠的緩沖器內的氣壓值，技術指標5～5.05 MPa，實測氣壓值為4.9 MPa，不符合技術要求。

2)依據產品驗收技術條件，先將緩沖器內部氣壓放至0 MPa，排盡腔內油液；再壓縮緩沖器10 mm，向其充填20.5 MPa氮氣，將緩沖器浸泡在油槽中保持30 min，檢查氣密性，未出現氣體泄漏現象；將緩沖器氣壓降至13.7 MPa后，浸泡在油槽中保持3 h，再次檢查氣密性，緩沖器依然未出現氣體泄漏現象；最后將緩沖器處于全伸長狀態，向其充填5.0 MPa氮氣，浸泡在油槽中保持3 h后，檢查緩沖器氣密性時，仍未出現氣體泄漏現象[7]。

氣密試驗表明：緩沖器密封性完好。為此應模擬產品外場使用狀態，增加如下試驗用于復現故障。

1)緩沖器處于停機壓縮狀態(活塞桿外露量359 mm)時，向緩沖器充填9 MPa氮氣，將其放置于-50 ℃的環境下保持24 h；再在自然環境中升溫12 h，測量緩沖器未出現壓力下降現象。

2)緩沖器處于停機壓縮狀態(活塞桿外露359 mm)時，用試驗夾具固定后，向緩沖器充填9.5 MPa氮氣，靜置4 h后，將緩沖器壓力調整至9.0 MPa。將此狀態緩沖器的活塞桿與水平面成25°角、朝上放置在(20±5) ℃的恒溫間內停放2個月。在停放期間，每隔10天測一次緩沖器內部氣壓和環境溫度值，結果表明緩沖器有壓力下降現象(見表1)。

表1 緩沖器內部壓力及環境溫度隨時間變化值

2.2 分解檢查

分解檢查操作如下。

1)將緩沖器分解至零件狀態，目視檢查零件外觀質量良好，測量相關零件的密封配合部位尺寸均合格(見表2)。

表2 零件密封配合部位尺寸檢測值

2)在產品分解過程中，緩沖器環形空腔內流出黑色油水混合液體約550 mL(見圖2)。緩沖器在壓縮與釋放過程中，黑色物質(油水混合物)會被間接帶出，在緩沖器孔口部位形成微量泄漏，即油漬現象。緩沖器模擬產品外場使用狀態后，復現了壓力下降及微量泄漏故障。

3 故障定位

3.1 鉻層氣密性檢查

緩沖器密封部位相關尺寸均合格，表明壓力下降為其他原因。鍍鉻竄氣問題一直是行業“老大難”，故應進一步開展故障件外筒的鉻層竄氣排查工作。將外筒放置于工裝中，向工裝內加入20 MPa的氮氣，并向外筒的內孔中倒入一定量的液壓油至浸沒外筒內孔鍍鉻面，30 min后外筒鉻層出現“冒汗”現象，鉻層竄氣故障發生(見圖3)。

圖3 外筒漏氣照片

緩沖器外筒內孔鉻層厚度為20～40 μm。在標準鍍鉻工藝條件下，由于鍍層的晶格轉變使鍍鉻層具有很高的內應力，當鍍層厚度超過0.5 μm時，鉻層產生網狀裂紋。根據鉻層竄氣經驗可知：鉻層厚度越大，微觀穿透裂紋就越多，竄氣發生的概率就越高。緩沖器在氣密檢查時，若外筒鉻層網狀裂紋之間已相互貫通，氣體會從網狀裂紋的高壓區流動至低壓區，在環形空腔處發生“微漏氣”。緩沖器出廠驗收試驗時，未發現掉壓現象的主要原因如下：技術條件要求的氣密試驗時間較短，密封部位距離緩沖器有一段空腔，間接成為了鉻層竄氣的“蓄壓瓶”。當密封部位鉻層發生竄氣時，外筒空腔的氣體需要積累到一定數量，才會從外筒孔口處溢出。因此，在試驗規定的觀察時間內很難檢測到外筒鉻層竄氣問題。

3.2 油液微量泄漏驗證試驗

1)按照未排余油的氣密試驗工藝流程進行操作(在環形空腔內未注入7254潤滑脂)，將緩沖器復裝，在未壓縮緩沖器工況下，填充6.05 MPa氮氣。先將緩沖器水平浸泡在裝甲槽的油液中，保持7 h；隨后從油液中取出，擦凈外表面，將其活塞桿朝上傾斜(傾斜角約30°)，擦干大螺母凹槽上端面的油液，放置12 h后，觀察外筒孔口處油液流出(見圖4)并收集油液約400 mL；最后，分解檢查環形空腔發現仍存余油約420 mL，這表明：前期氣密試驗時，大量油液進入環形空腔，且工藝流程中未安排排油工序，導致緩沖器環形空腔內存有余油，在未注潤滑脂時就容易發生油液泄漏[8]。

圖4 外筒孔口處油液大量流出

2)按照未排余油的氣密試驗工藝流程再次進行操作(環形空腔內注入7254潤滑脂)，將緩沖器水平浸泡在裝甲槽的油液中，保持7 h后從油液中取出，通過注油嘴注入7254潤滑脂[9-10]。先將緩沖器活塞桿朝上傾斜(傾斜角約30°)，擦干大螺母凹槽上端面的油液，放置12 h，觀察外筒孔口螺紋處有微量油液滲出(見圖5)；再次擦干油液后，靜置12 h，未發生余油滲出現象，分解檢查環形空腔內存余油約800 mL。

圖5 外筒孔口螺紋處有微量油液滲出

經上述試驗可知：原工藝流程未安排排除組件內存油的工步，在緩沖器孔口注入潤滑脂后，存油被潤滑脂密封在了環形空腔內，經過一段時間起飛、飛行及著陸，隨著溫差驟變，有少量的水會被活塞桿帶入空腔內，固態潤滑脂也會得到稀釋，緩沖器壓縮或伸展以及飛行過程中存在震動，當環形空腔內的液體較多時，打破了緩沖器環形腔內的存油平衡，最終致使環形空腔內的存油滲出。

4 工藝改進與驗證

1)針對鉻層竄氣問題。一方面加強零件鍍覆前的表面粗糙度，控制電鍍過程工藝參數；另一方面，為保證外筒鉻層氣密性的可靠性與穩定性，增加外筒鉻層的氣密性檢查，避免鉻層竄氣引發的返修、返工，排除外場使用過程中可能發生的掉壓故障。

2)針對油液微量泄漏問題?？赏ㄟ^工藝改進，在產品氣密性試驗后，使用工業酒精清除外筒孔口至活塞桿密封部位環形空腔中的殘留液壓油，并吹干環形空腔，進行內窺鏡檢查，確保產品內部無殘留油液。

3)工藝驗證。對工藝改進后交付的起落架緩沖器進行狀態跟蹤，截至發文之日(近8個月)，外場再未發生此類故障，間接證明工藝改進方法正確，措施有效。

5 結語

緩沖器發生的油液微量泄漏是飛機起落架中比較罕見的故障現象，在裝配、維修過程中不易發現，還容易被誤判為密封失效，導致故障診斷困難。鉻層竄氣與密封失效是起落架掉壓故障的主要原因[11]。本文按產品技術要求進行了相關檢查，提出了組件鉻層竄氣測試的方法和工藝改進的方向。