波音787 襟翼/縫翼HMU 設計缺陷及改裝案例分析

■ 程凱文/北京飛機維修工程有限公司

1 波音787-9 飛機飛控系統原理

波音787 飛機的飛控系統為純電傳操縱（FBW），綜合飛控系統（IFCS）中集成了三大功能軟件：主飛行控制功能（PFCF），高增升功能（HLF），自動飛行功能（AFF）。其優點除了集成度高、具有多套安全裕度系統外，還包括取消了傳統的抑制荷蘭滾的偏航阻尼器計算機，從而將方向舵從最初的設計理念“轉彎”中解放出來（波音787飛機的方向舵只是輔助和備用抑制荷蘭滾），使方向舵能更專注于飛機轉彎操作，從而提高操作機動性。波音787-9飛機在飛控系統中增加了“陣風抑制壓力傳感器”，新增了橫向陣風抑制功能，并通過橫向/垂直向模式抑制加速度計新增了P-Beta 功能，這兩種功能控制飛機各舵面如襟副翼、擾流板、可變后緣操作等，除能抑制荷蘭滾和提高螺旋穩定性外，還能提高飛機橫向/垂直向平順性，降低湍流的影響，減少駕駛員的工作量并提高旅客舒適度。

傳統飛機襟翼為兩縫三開式后緣襟翼，利用縫隙流過高速氣流，使上翼面氣流流速增高，更好地保護層流附面層，提高升力減小失速現象。波音787 飛機的后緣襟翼采用波音公司最先進的“無縫式襟翼”，即襟翼只有一道縫隙，可以配合擾流，根據需要調節縫隙的大小甚至完全蓋住縫隙，在保證良好氣動外形的同時幾乎無氣動損失；后緣還采用了先進的內側外側可脫開控制技術（Variable Camber Trim Unit，VCTU），實現了TEVC-LA 大翼減載功能和TEVC-DR 巡航襟翼功能。TEVC-LA 大翼減載功能是指在飛機起飛前通過飛行管理功能（FMF）計算實際起飛全重、跑道長度、環境溫度、靜壓等參數并告知及控制FCM，當跑道長度允許時，后緣襟翼放下到一定程度后，內側襟翼與外側襟翼脫開，內側繼續放下，外側則保持不動。該設計的優點在于：飛機主要升力來自翼根而不是翼尖，能在減少大翼負載和翼尖扭轉力的同時提高經濟性，且為自動功能，不需要飛行員控制。TEVC-DR 巡航襟翼功能使飛機在巡航時通過改變大翼可變弧度改善飛機巡航性能，降低阻力，提高經濟性，且巡航期間自動控制操作度很小，不需要飛行員操作。波音787-9 飛機還具有獨特的尾翼門驅動系統（EDAS），通過平尾/垂尾前緣小孔進氣流速產生負壓抽吸力，將平尾/垂尾表面的湍流附面層去除，保持平流附面層的穩定性，提高氣動外形的平滑度，以達到經濟性目的。另外，波音787 飛機還采用了氣動傾斜翼尖小翼，能消除誘導阻力，減小翼尖渦流擾動。

其中，襟翼/縫翼為飛控系統高增升部分，高增升系統是控制飛機升力裝置的系統，包括后緣襟翼、前緣襟翼和克魯格襟翼等。高增升系統有三種工作模式，分別是主級模式、次級模式和備用模式。主級模式時由液力馬達（高流量高轉速）驅動襟翼/縫翼，備用模式時由電馬達驅動襟翼/縫翼，次級模式時先由液力馬達驅動，當液壓流量或液力馬達轉速不足導致舵面移動慢時變為由電馬達驅動。FCE（飛行控制電子設備）是高增升系統的核心控制部分，HCU（襟翼/縫翼液壓控制模塊）和EMCU（液壓馬達控制組件）是信號處理轉換機構，PDU（后緣襟翼驅動組件）是執行機構。FCE 中包含FCM（飛行控制模塊）、ACE（作動器控制電子設備）、PCM（電源控制模塊），FCM負責接收襟翼/縫翼指令信號并運算修正后提供給ACE，PCM 是FCE 的專屬供電模塊。ACE 將主級模式和次級模式下的指令信號送給HCU，HCU 內部有7 個雙通道電磁閥，形成兩套獨立的控制通道，將電信號轉變為液力信號送給HMU（襟翼/縫翼液壓馬達組件），由HMU 為PDU 提供液壓動力，從而驅動襟翼/縫翼舵面的運動。HCU 通過7 個電磁閥控制調節液壓的壓力和方向，完成襟翼/縫翼舵面的7 種指令狀態（伸出、收回、高速、縫翼剎車、縫翼關斷、襟翼剎車和襟翼關斷）。ACE將次級模式和備用模式下的指令信號傳給MECU（后緣襟翼電動馬達控制組件），MECU 通過電信號控制襟翼/縫翼電驅動馬達，實現電馬達驅動襟翼/縫翼舵面的運動。液力馬達和電馬達連接在PDU 上，液力/電動通過PDU 驅動襟翼/縫翼扭力管，扭力管帶動襟翼/縫翼舵面運動，最終實現襟翼/縫翼舵面運動的控制，如圖1 所示。

圖1 飛控系統-后緣襟翼工作原理

2 事件背景

國航波音787-9 機隊在基地執行航線例行維護時，航線機械員反饋，例行檢查工作時發現“右主輪艙、艙門及機身腹部有油跡”，經擴大檢查確定為襟翼/縫翼HMU 和PDU 部件有輕微滲漏跡象。通過查閱相關AMM 手冊，執行液壓系統增壓測試，均符合手冊滲漏極限，檢查飛機液壓油量均在正常范圍，無明顯缺少跡象。考慮到后續航班運行以及滲漏在可接受范圍，執行清潔工作后放行飛機，并通過AHM 等手段持續監控飛機液壓油量及液壓系統狀態。但之后該問題仍頻繁出現。

3 分析與探討

3.1 后續維修方案的必要性

上述事件中部件缺陷發生在航線維護期間，在液壓系統存在輕微滲漏并符合手冊滲漏極限的條件下，結合后續航班結構及航空公司經濟效益考慮，可以評估飛機再飛一段時間。但由于液壓油腐蝕性很強，有可能腐蝕飛機底漆、蒙皮及結構甚至減少部件壽命，且缺陷部件的滲漏發展趨勢無法預估，存在造成機隊不可預期非計劃停場等不可控因素，后續制訂計劃停場及預防性維修方案很有必要。

3.2 安全隱患的排查

因另一架波音787-9 飛機出現了同樣問題，所以制訂了普查計劃，通過普查計劃排查出國航波音787-9 機隊存在滲漏問題的其他飛機的，滲漏程度在手冊允許范圍內，不會立即產生AOG 停場等問題。將普查到的情況向工程部門報告。

查閱波音官網文件波音787-FTD-27-15001，全球機隊發生過類似滲漏問題，許多波音787 機隊中發生過多起因液壓油滲漏更換HMU 和PDU 的事件。鑒于某些情況下的滲漏會引起飛機漆層脫落，AMM 針對液壓部件的內部和外部滲漏規定了滲漏極限，根據AMM B787-A-29-11-00-00C-364A-A，正常滲漏極限為每分鐘5 滴，放行滲漏極限為每分鐘10 滴。

3.3 OEM 廠家的分析與處理建議

對HMU 滲漏問題的分析：波音和穆格公司對HMU 進行大范圍的實驗性測試時，發現HMU 在高流量時有瞬時滲漏發生。進一步實驗性測試后發現，根本原因是流量率變化時（如液壓馬達啟動時以及高速向低速轉換時）液壓系統內的流體會產生氣穴現象，使得液壓系統小幅度壓力變化過快或過流量率變化過快，氣泡爆炸使HMU 內部產生輕微損傷，從而引起部件動態軸封嚴損傷。波音認為滲漏是由HMU 引起，與PDU無關（如圖2 所示），發現外部滲漏超出極限時應更換HMU。

圖2 后緣襟翼PDU件

臨時處理措施：在HUM 部件升級前，可以先根據AMM 手冊的滲漏允許極限放行飛機。

最終解決方案：OEM 廠家穆格公司陸續對HMU 部件執行改裝，將件號升級為P667A1001-03 Mod A 或P667A1001-04。通過升級有缺陷的HMU 部件，增加HMU 動態軸封嚴彈簧力，同時修正HCU 系統壓力，有助于滲漏問題的解決。

3.4 制訂預防性維修方案

經過與工程部和生產計劃部門的討論，認為該問題不是故障而是設計缺陷，不需要立即為整個機隊更換新件號的HMU，否則費時費力且不經濟。制訂了預防性維修計劃，明確在后續AHM 監控中關注液壓系統液壓油的下降率，并合理結合計劃停場時間，執行HMU 部件改裝工作。

4 結束語

綜上所述，出現部件設計缺陷問題時不必讓整個機隊立即停飛更換或改裝升級部件，可以通過有效監控及分析手段和預防性計劃維修，合理安排計劃停場時間，結合定檢工作完成部件改裝升級。預防性維修既可以消除部件設計缺陷導致的安全隱患問題，也可以提高航空公司的飛機利用率，從而提高航空公司經濟效益。

預防性維修計劃的宗旨是在故障發生前通過各種有效手段及方法如AHM、報文、各系統液量及關鍵性能參數等，監控機隊運行期間各系統的變化趨勢、健康程度及間歇故障等，進行科學的分析，提前判斷可能危及適航安全的重大故障，消除隱患或故障，并對后續航班進行合理化安排停場，進行計劃維修工作，從而提高航空公司經濟效益。為避免過度維修，實現對缺陷的監控和對故障的精確排除，同時避免不必要的停場浪費，需要以專業知識和實踐經驗為依托，對發現的問題進行深入思考和分析，不斷精進，才能更好地判斷故障和缺陷，做到精確排除故障、持續監控缺陷并根治，從技術層面提高航空公司精益性。