某型飛機剎車失效分析及對策研究

江建東，劉玉營，丁德鵬

（駐320廠軍事代表室，江西 南昌 330024）

某型飛機曾發(fā)生一起剎車失效飛行事故征候，造成該機與地面停放飛機相擦。針對這一問題，本文根據(jù)故障現(xiàn)象、飛參判讀、現(xiàn)場檢查情況，對造成飛機剎車失效的故障原因進行了分析，并對多余物產(chǎn)生的根源進行了全面排查，開展了改進研究和試驗驗證，形成了改進措施。

1 故障描述

1.1 故障現(xiàn)象

某型飛機某日晝間飛行，執(zhí)行儀表綜合飛行任務(wù)，正?；?、左轉(zhuǎn)，在反舵回轉(zhuǎn)時剎車失效，飛行員收油門，應(yīng)急剎車并關(guān)車，造成飛機與地面停放的飛機空速管相擦，該機機頭左上部蒙皮輕微劃傷（25厘米×25厘米），發(fā)生一起飛行事故征候。

1.2 飛行員描述

據(jù)當事飛行員反映，進座艙后檢查冷氣壓力符合規(guī)定且剎車正常，發(fā)動機工作正常，經(jīng)請示指揮員允許后將飛機從停機位滑出；滑出后握剎車手柄剎車并蹬左腳蹬，飛機左轉(zhuǎn)；轉(zhuǎn)過90°后，反蹬舵回轉(zhuǎn)準備對準滑行線滑行時，剎車失效，飛機仍然左轉(zhuǎn)，立即收油門、拉剎車，飛機停住。

1.3 痕跡勘查

現(xiàn)場勘查飛機機輪碾壓與剎車痕跡發(fā)現(xiàn)，飛機滑行軌跡為：飛機從2#停機位滑出后，在接近滑行線附近開始向左轉(zhuǎn)彎，至前輪滑行約20米后，飛機有向滑行線左側(cè)運動的趨勢并繼續(xù)左轉(zhuǎn)，在距5#停機位的另一架飛機機頭約8米處開始有明顯的應(yīng)急剎車痕跡，直至與該機位的飛機相擦。飛機滑行軌跡見圖1。

圖1 飛機滑行示意圖

2 故障定位分析

2.1 飛參數(shù)據(jù)判讀

飛參顯示，飛機正常起動后1分0秒到1分5秒，方向舵偏轉(zhuǎn)角25.8°（左轉(zhuǎn)）， 航向角由210.5°變到181°，說明飛機左轉(zhuǎn)剎車正常；1分6秒到1分10秒，方向舵偏轉(zhuǎn)角-25.1°（右轉(zhuǎn)），航向角由167.3°變到114.6°，飛機仍然左轉(zhuǎn)，說明飛機蹬右舵時剎車失效。

2.2 故障再現(xiàn)

檢查故障飛機剎車系統(tǒng)有關(guān)成附件履歷本、機務(wù)工作日記、工作卡片等原始記錄，符合規(guī)定要求；目視檢查剎車系統(tǒng)剎車裝置、腳蹬等相關(guān)部件，未見異常;分段檢查剎車系統(tǒng)管路及附件，排除了剎車調(diào)壓器、剎車分布器、應(yīng)急轉(zhuǎn)換活門、氣壓電門、剎車加速器、放氣活門失效和剎車系統(tǒng)管路堵塞導(dǎo)致故障發(fā)生的可能性。檢查故障飛機剎車系統(tǒng)性能，系統(tǒng)密封性良好，第一次剎車工作正常；再次剎車，前后艙剎車表均指示3kg/cm2，遠小于規(guī)定值11.5-0.5kg/cm2；經(jīng)多次剎車檢查發(fā)現(xiàn)，握剎車手柄約1分鐘后剎車壓力指示緩慢上升至規(guī)定值，與正常剎車立即響應(yīng)的特點不符，故障再現(xiàn)。

2.3 故障定位

根據(jù)故障再現(xiàn)情況,初步判斷該機剎車系統(tǒng)存在局部堵塞。拆下KJY-8A空氣減壓器（以下簡稱50減壓器）進行地面試驗臺測試時發(fā)現(xiàn)，減壓器進口壓力為100 kg/cm2時，出口壓力先正常上升到30 kg/cm2，然后緩慢升至40 kg/cm2，不符合kg/cm2的產(chǎn)品技術(shù)要求；分解減壓器進氣腔及進氣活門處有黑色絮狀物，調(diào)壓活門閥口處有同樣的絮狀物，堵塞進氣孔。更換新品50減壓器后，檢查剎車系統(tǒng)工作正常，故障現(xiàn)象消失。

由此判斷，50空氣減壓器進氣腔被絮狀多余物堵塞，是造成右轉(zhuǎn)剎車失效的直接原因。

3 故障機理分析

該型飛機冷氣剎車系統(tǒng)工作原理如圖2所示，來自主冷氣瓶的130 kg/cm2壓縮空氣經(jīng)50空氣減壓器（1），出口壓力降為50 kg/cm2；減壓后的壓縮空氣進入減壓活門（2）進口；當握壓前艙或后艙剎車手柄，減壓活門（2）將50 kg/cm2壓力減壓至11.5-0.5kg/cm2，然后經(jīng)應(yīng)急轉(zhuǎn)換活門（4）后分為兩路，一路經(jīng)剎車分布器（6）、減壓加速器（11）、電磁活門（8）和應(yīng)急轉(zhuǎn)換活門（4）后進入主輪剎車裝置，另一路經(jīng)鎖閉開關(guān)（7）、電磁活門（8）后進入前輪剎車裝置。減壓加速器將控制壓力放大1.3倍，剎車壓力為16+0.5-1kg/cm2，前輪剎車壓力未經(jīng)放大，剎車壓力為11.5-0.5kg/cm2。松開剎車手柄后，主機輪剎車壓力經(jīng)減壓加速器（11）釋放，前輪剎車壓力經(jīng)鎖閉開關(guān)（7）釋放，管路剎車壓力經(jīng)減壓活門（2）釋放。飛行員蹬腳蹬，通過剎車分布器調(diào)節(jié)左右機輪剎車壓力，控制差動剎車，實現(xiàn)飛機地面剎車或轉(zhuǎn)彎。應(yīng)急剎車時，來自主冷氣瓶的壓縮空氣直接通過應(yīng)急轉(zhuǎn)換活門（4）進入主輪剎車裝置，不受50減壓器控制。

圖2 冷氣剎車原理圖

從工作原理可知，50減壓器是控制冷氣進入主剎車系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，而減壓器內(nèi)存在絮狀多余物時，會在氣流作用下局部堵塞或完全堵塞氣路，使減壓器出口供氣量不穩(wěn)定。當局部堵塞時，冷氣流量減??；當完全堵塞時，冷氣無法進入主剎車系統(tǒng)，使剎車失效。從故障現(xiàn)象和檢查情況看，應(yīng)急剎車系統(tǒng)工作正常，說明故障產(chǎn)生在主冷氣剎車系統(tǒng)；且試驗過程中剎車系統(tǒng)出現(xiàn)工作時好時壞現(xiàn)象，與飛行員反映的暖機、滑出正常及右轉(zhuǎn)剎車失效相吻合。因此，造成飛機右轉(zhuǎn)剎車失效的原因是：飛機在滑出左轉(zhuǎn)向右修正過程中，50空氣減壓器內(nèi)絮狀多余物堵塞了冷氣剎車系統(tǒng)氣路，使冷氣無法進入主剎車系統(tǒng)，導(dǎo)致剎車失效。

4 多余物來源排查

經(jīng)檢測，50減壓器內(nèi)絮狀多余物主要是聚氯乙烯和滌綸纖維的混合物，該混合物可能是以聚氯乙烯為基體，滌綸纖維為增強材料人造革，并有少量滌綸纖維、棉纖維和羊毛纖維。為徹底消除安全隱患，對50減壓器內(nèi)絮狀多余物來源進行了分析查處。

4.1 制造裝配過程

冷氣系統(tǒng)的成附件，制造、裝配工藝規(guī)定不允許接觸油、水，裝機前必須保證產(chǎn)品內(nèi)部的清潔；50減壓器（1）經(jīng)裝前試驗驗證合格后用堵帽封住，裝機時取下堵帽，通過卡箍（2）和螺釘緊固件（3）、（4）、（5），安裝在座艙內(nèi)右側(cè)壁第12框加強筋上，見圖3，減壓器固定好后再連接導(dǎo)管；冷氣導(dǎo)管均在（0.3～0.5）MPa壓力下用汽油清洗干凈，安裝前用清潔干燥的冷氣吹凈導(dǎo)管內(nèi)腔。但部隊在飛機出廠后開飛特定檢查及入夏換季特定檢查時，拆除了50減壓器的進氣濾網(wǎng)，并注入適量的儀表油。

對冷氣系統(tǒng)制造、裝配過程中使用的材料進行成分確認發(fā)現(xiàn)，僅用于對冷氣導(dǎo)管安裝條件不太理想部位進行表面保護的漆布，與多余物的主要成分類似。經(jīng)查，該型飛機共有12項冷氣系統(tǒng)導(dǎo)管，導(dǎo)管的制造、裝配共18道工序，流程為：領(lǐng)料→下料→表面處理→領(lǐng)用零件→修整管子端頭→零件擴口→強度氣密試驗→清洗→包扎→噴漆→貼標簽→油封包扎→交付總裝車間→縫制漆布→拆除封嚴物→吹凈導(dǎo)管內(nèi)腔→裝機→清除多余物。其中，縫制漆布是在拆除導(dǎo)管各接管嘴及管螺帽的封嚴物之前進行，即導(dǎo)管制造完工后先對導(dǎo)管內(nèi)腔進行清洗，并對導(dǎo)管兩端用牛皮紙封嚴包扎后，再對需要保護的導(dǎo)管外表面縫制漆布，漆布僅可在導(dǎo)管兩端的管端件間滑動，不會進入導(dǎo)管內(nèi)腔。

綜上所述，該型飛機冷氣剎車系統(tǒng)制造、改裝及修理工藝正確，對系統(tǒng)的清潔、防水和禁油要求明確，質(zhì)量原始記錄詳細、完整，過程可控；且部隊在拆除50減壓器進氣濾網(wǎng)時也未發(fā)現(xiàn)異常，因此可以排除在制造裝配過程中，冷氣剎車系統(tǒng)內(nèi)部進入以聚氯乙烯為基體，滌綸纖維為增強材料人造革多余物的可能。

圖3 KJY-8A空氣減壓器的安裝示意圖

4.2 冷氣濾模擬試驗

對QL-3A型冷氣濾，用100 kg/cm2的壓縮空氣模擬充氣20次，分解檢查發(fā)現(xiàn)冷氣濾出口端毛氈表面有13個直徑為2mm、高度約0.5mm的凸起，凸起表面纖維有起毛現(xiàn)象，凸起情況見圖4所示。模擬試驗結(jié)果表明，QL-3A冷氣濾出口端毛氈上的纖維在使用過程中存在進入系統(tǒng)管路和附件中的可能性，與多余物中含有羊毛纖維的結(jié)果相符。

圖4 毛氈和出口墊圈

4.3 外場普查

普查東北地區(qū)某型系列共106架飛機發(fā)現(xiàn)，所有飛機的50減壓器進口濾網(wǎng)均已被拆下，部分減壓器內(nèi)腔有油液；6架飛機減壓器內(nèi)部被污染，其中同型教2架，單座飛機4架，具體情況見表1。從普查情況看，不僅同型教空氣減壓器內(nèi)部有不同程度的污染，其它型號個別單座飛機也不同程度的存在內(nèi)部污染物。

表1 被污染飛機情況表

綜上所述，該型系列飛機冷氣系統(tǒng)內(nèi)部在制造、裝配過程中不會帶入絮狀的多余物；QL-3A冷氣濾出口端毛氈上的纖維在使用過程中存在進入系統(tǒng)管路和附件中的可能性。同時，某軍區(qū)空軍為防止冷氣系統(tǒng)結(jié)冰，下發(fā)《危及飛機安全的重點機件和關(guān)鍵部位的維護規(guī)定》通知，在冷氣系統(tǒng)注儀表油，取消減壓器濾網(wǎng)，造成纖維聚集，并使絮狀物無阻擋的進入了減壓器，進一步增大了冷氣系統(tǒng)阻塞的風(fēng)險。

5 改進措施

為防止QL-3A冷氣濾出口端毛氈上的纖維在使用過程中存在進入系統(tǒng)管路和附件中的可能性，避免多余物無阻擋地進入減壓器，造成冷氣系統(tǒng)阻塞的風(fēng)險，開展了設(shè)計改進和試驗驗證，形成了對策措施。

5.1 QL-3A冷氣濾改進

對QL-3A冷氣濾內(nèi)部的出口墊圈進行設(shè)計改進，冷氣濾內(nèi)部結(jié)構(gòu)和出口墊圈安裝位置見圖5、圖6，改進后的出口墊圈見圖7，在保證流通面積的情況下，采取縮小出口墊圈的通孔直徑，增加通孔數(shù)量的方案。方案一：將出口墊圈的13個φ2mm （流通面積40.84mm2） 通孔改為37個φ1.2mm孔 （流通面積41.85mm2）；方案二：將出口墊圈的13個φ2mm通孔改為25個φ1.5mm孔（流通面積44.18mm2）。

圖5 QL-3A冷氣濾內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖6 出口墊圈安裝部位

圖7 改進方案示意圖

對3種不同規(guī)格的試驗件進行驗證試驗，結(jié)果為：通流孔為φ1.2mm的墊圈試驗后，冷氣濾出口端墊圈（濾層）無突起及起毛現(xiàn)象，分解檢查出口端過濾器內(nèi)腔及濾芯，未發(fā)現(xiàn)有墊圈（濾層）脫落的羊毛纖維；用通流孔為φ1.5mm墊圈試驗時，出口端墊圈（濾層）的毛氈表面突起約0.3mm，無起毛現(xiàn)象。

經(jīng)試驗驗證，最終確定選擇方案一，將原來出口墊圈的13個φ2mm孔改為37個φ1.2mm孔，以解決QL-3A冷氣濾出口端氈墊出現(xiàn)突起及起毛現(xiàn)象，避免毛氈上的纖維在使用過程中進入系統(tǒng)管路和附件中。

5.2 恢復(fù)空氣減壓器進口濾網(wǎng)

50減壓器內(nèi)部通孔直徑為2mm，且有多個拐角，其主要功用是將來自主冷氣瓶的130 kg/cm2壓縮空氣降為50 kg/cm2，供剎車系統(tǒng)、座艙蓋啟閉、座艙密封、除霧和油箱增壓。減壓器一旦堵塞或氣路不暢，不僅影響剎車正常工作，還會導(dǎo)致座艙充氣、座艙氣密帶充氣、防冰、油箱地面預(yù)增壓等功能無法實現(xiàn)。為防止50減壓器內(nèi)部管路堵塞，設(shè)計時在入口端設(shè)有濾網(wǎng)，并禁止接觸油、水。而部隊為防止冷氣系統(tǒng)結(jié)冰，根據(jù)軍區(qū)空軍 《危及飛機安全的重點機件和關(guān)鍵部位的維護規(guī)定》通知要求，拆除了50減壓器的進氣濾網(wǎng)，并注入適量的儀表油，增大了50減壓器被異物堵塞的風(fēng)險，因此恢復(fù)空氣減壓器內(nèi)的進口濾網(wǎng)非常必要。

5.3 使用維護注意事項

東北地區(qū)部隊恢復(fù)空氣減壓器進口濾網(wǎng)后，建議研究采用氮氣替代壓縮空氣作為冷氣系統(tǒng)工作介質(zhì)，或在易結(jié)冰時節(jié)對冷氣系統(tǒng)進行除水后，使用氮氣作為系統(tǒng)工作介質(zhì)，以防止冷氣系統(tǒng)結(jié)冰。

按照產(chǎn)品工藝規(guī)程，油液會導(dǎo)致冷氣系統(tǒng)中的污垢聚集，污染冷氣系統(tǒng)管路和附件，造成橡膠密封件提前老化，影響附件的正常工作和壽命，且生產(chǎn)制造廠、大修廠對冷氣系統(tǒng)管路和附件有明確的防水和禁油要求。因此，建議部隊在冷氣系統(tǒng)使用維護工作中，禁止向冷氣系統(tǒng)管路和附件內(nèi)注油。