螺旋槳變距控制系統故障研究

楊百平

（中航飛機股份有限公司研發中心，陜西 西安 710089）

螺旋槳變距控制系統故障研究

楊百平

（中航飛機股份有限公司研發中心，陜西 西安 710089）

文章通過對新舟系列飛機發生的螺旋槳變距控制系統故障，依據機理分析和故障模式分析，分析了造成故障的根本原因，提出了故障處理方式，為產品改進提供依據。

螺旋槳控制裝置；低槳距開關；低槳距止動

新舟系列飛機已經成為我國規模最大的擁有自主知識產權的民用支線機群，不僅在國內航空市場具有一定的份額，更是成功打入了國際航空市場，且呈現良好的發展態勢。隨著機群數量的增加和飛行小時數的積累，新舟系列飛機螺旋槳變距控制系統呈現出故障頻發的態勢，造成航班大量延誤或返航，給用戶帶來了經濟損失，對飛機聲譽也造成了一定的影響。

為更好地保障新舟系列飛機國內外用戶的順利運營，文章通過對螺旋槳控制系統研究，對系統工作原理及控制邏輯進行分析，提出解決該問題的措施和方法，以消除用戶的疑慮、擔憂和困擾，給用戶創造更多經濟效益的同時，也產生良好的社會效益。

1　螺旋槳變距控制系統

1.1系統組成

螺旋槳變距控制系統主要由螺旋槳控制裝置、螺旋槳控制裝置泵、滑油傳輸管、變距作動筒、變距活門和變距螺桿等組成［1］。其中，螺旋槳控制裝置是螺旋槳變距控制系統的核心部件，通過轉接器安裝在發動機減速齒輪箱上。

1.2系統工作原理

滑油經螺旋槳控制裝置泵打壓后，形成壓力滑油進入螺旋槳控制裝置，一部分滑油經過控制器、最小選擇活門、反槳活門后形成計量滑油，進入伺服活塞前腔內，另一部分壓力供油進入伺服活塞后腔內。

伺服活塞前腔的工作面積為后腔的兩倍。當計量滑油壓力為供油壓力的一半時，伺服活塞停止運動；當計量滑油壓力超過供油壓力的一半時，伺服活塞向前移動；當計量滑油壓力小于供油壓力的一半時，伺服活塞向后移動。

伺服活塞的前后軸向運動轉化為滾珠螺桿的旋轉運動，通過滑油傳輸管傳遞給變距螺桿和變距活門。同時，螺旋槳控制裝置內的壓力滑油，通過滑油傳輸管進入變距作動筒的大距腔或小距腔，驅動變距作動筒前后移動。

螺旋槳槳葉角通過變距作動筒的前后移動而改變。當壓力滑油進入變距作動筒的大距腔時，變距作動筒向后運動，槳葉角增加；當壓力滑油進入變距作動筒的小距腔時，作動筒向前運動，槳葉角減小。

2　故障分析

2.1典型故障現象

近年來，外場多次反饋螺旋槳系統故障。通過故障現象梳理與分析，螺旋槳變距系統故障主要表現為兩種故障模式。

故障模式一：地面試車過程中或滑行階段，功率桿從地面慢車位置推向起飛位置的過程中出現發動機扭矩快速上升、螺旋槳轉速快速下降現象，并伴隨有螺旋槳異常聲響，典型故障（見圖1）。

故障模式二：航后螺旋槳進入順槳狀態時，或發動機停車后，低槳距指示燈出現常亮現象，而發動機其它參數正常，典型故障（見圖2）。

圖1　故障模式一典型故障圖

圖2　故障模式二典型故障圖

2.2機理分析

（1）故障模式一分析。從故障現象來看，該故障主要發生在功率桿從地面慢車位置推向起飛位置的過程中。功率桿從地面慢車位置推向起飛位置的過程中，經過飛行慢車位置，該位置是飛機保持空中飛行姿態時功率桿所允許的最低位置。為了防止飛機進場著陸時因拉力過小而產生飛機失速的危險，在飛行慢車位置設置了低槳距保護系統。該系統由螺旋槳控制裝置上安裝的低槳距開關、順槳電磁活門以及飛機電氣線路中的繼電器、低槳距指示燈和功率桿低槳距止動微動開關組成。

當功率桿角度大于設定值時，位于功率桿下部的低槳距止動微動開關接通。此時，若槳葉角低于設定值，低槳距開關從斷開位置自動轉至閉合位置，使飛機電氣線路中的繼電器閉合，低槳距指示燈亮。同時，正電經功率桿低槳距止動微動開關供給螺旋槳控制裝置上的順槳電磁活門，將伺服活塞前腔計量壓力泄放至低壓，增大槳葉角。當槳葉角增大超過設定值時，低槳距開關從閉合位置自動轉至斷開位置，飛機電氣線路中的繼電器斷開，順槳電磁活門停止泄放伺服活塞前腔計量壓力，槳葉角變小，低槳距指示燈滅。若槳葉角無法恢復正常，上述過程重復出現，低槳距指示燈“亮-滅”不斷變化，保持槳葉角不低于設定值，防止低槳距事件的發生。從圖1可以看出，功率桿接近飛行慢車位置時螺旋槳轉速快速下降、扭矩迅速上升，造成該現象的最直接原因是螺旋槳變大距。

依據系統工作原理，影響螺旋槳變大距的因素有：①螺旋槳控制裝置內部的貝它凸輪、貝它桿和貝它活門之間的匹配性問題。當功率桿從地面慢車位置向飛行慢車位置移動時，雖然狀態桿處在最大轉速位置，但螺旋槳實際轉速較低，螺旋槳處于欠速調節狀態，槳葉角直接由功率桿貝它凸輪控制。隨著功率桿角度的增加，功率桿帶動貝它凸輪轉動，使貝它活門內套筒向內運動，降低計量滑油壓力、增加槳葉角，保持轉速在某一恒定值。依據上述分析，螺旋槳轉速急劇下降，則必須是螺旋槳控制裝置中貝它活門內套筒快速泄放計量滑油壓力、使螺旋槳變大距所致。由于貝它凸輪、貝它桿和貝它活門之間屬于純機械控制，其可靠性較高，造成計量滑油壓力快速降低的可能性較小，故由此引發的螺旋槳轉速快速降低的可能性非常小；②螺旋槳控制裝置上的低槳距開關斷開時機與低槳距止動微動開關的接通時機匹配性問題。依據螺旋槳型號規范，槳葉角低于飛行慢車槳葉角以下某一設定值時，螺旋槳控制裝置上的低槳距開關閉合［2］。為了確保空中低槳距事件發生時低槳距保護系統功能正常，同時滿足飛機著陸后低槳距保護系統功能解除，使槳葉角進入地面慢車槳葉角、甚至最大反槳槳葉角，在飛行慢車位置設置了低槳距止動微動開關。當功率桿位于飛行慢車以上位置時，低槳距止動微動開關接通至順槳電磁活門的供電線路；當功率桿位于飛行慢車以下位置時，低槳距止動微動開關斷開至順槳電磁活門的供電線路。依據系統工作原理，前推功率桿的過程中，若低槳距止動微動開關接通后、低槳距開關仍未斷開，順槳電磁活門接通，螺旋槳槳葉角迅速增加，就會出現故螺旋槳轉速快速下降、發動機扭矩快速上升現象。

（2）故障模式二分析。該故障主要發生在著陸后螺旋槳進入順槳狀態或發動機停車后，此時螺旋槳均處于順槳狀態，低槳距止動微動開關處于斷開狀態。依據螺旋槳順槳系統工作原理，當螺旋槳進入順槳狀態時，低槳距開關應處于斷開狀態，低槳距指示燈應熄滅。因此，造成該故障的主要原因是低槳距開關變形或安裝不正常，使得低槳距開關在本應斷開的情況下仍處于閉合狀態，最終出現低槳距指示燈常亮現象。

2.3應對措施

研究表明，螺旋槳控制裝置上的低槳距開關斷開設置點偏差大和低槳距開關安裝不正確、變形，是造成螺旋槳變距控制系統故障的主要原因。由于此故障引起的飛機延誤、返航和成品返修給航空公司造成巨大的經濟損失，航空公司對此提出抱怨，給飛機制造商帶來了較大的壓力。為了有效解決該故障引起的負面影響，建議從以下幾個方面進行改進：①提升低槳距開關通斷設置點設置精度。通過提升低槳距開關通斷設置點設置精度，使地面狀態下低槳距開關斷開時機與飛行狀態下低槳距止動微動開關接通的接通時機互不干涉，避免扭矩增大、螺旋槳轉速下降故障的發生；②改善低槳距開關安裝工藝。完善低槳距開關安裝規范、改進低槳距開關安裝工藝流程，優化安裝方法，增加流程監控，防止低槳距開關安裝不到位或不正確；③提升低槳距開關制造質量。低槳距開關的通斷是通過伺服活塞帶動開關上的簧片按壓微動開關而控制的，因此，提升低槳距開關的制造質量，特別是改進開關上簧片的制造強度和質量對提升產品質量是非常有效的。

3　結束語

目前，支線飛機產業正在快速發展，新舟飛機作為我國自主研發的一款民用支線飛機受到業界越來越多色關注。文章通過對新舟飛機運營過程中螺旋槳變距控制系統出現的故障深入研究，從系統工作原理方面進行了全面而詳細地剖析，對新舟飛機運營過程中出現的故障提出了解決措施，為系統改進指明了改進方向，對提升系統的工作可靠性有其重要意義。

［1］張春，孟興紅.螺旋槳周期變距系統在螺旋槳飛機姿態控制上的應用研究（下）［J］.航空科學技術，2009，（4）：41-44.

［2］張春，孟興紅.螺旋槳周期變距系統在螺旋槳飛機姿態控制上的應用研究（上）［J］.航空科學技術，2009，（3）：37-41.

V233.7+59

A

1671-3818（2016）09-0013-02