淺談C172R模擬機副翼傳動鋼索的國產性替代

韓月+鐘如松

摘 要：本文目的在于降低C172飛行模擬機副翼傳動鋼索的故障概率和維護費用，提升飛行訓練時間；對C172R飛行模擬機鋼索斷裂現象進行系統分析，查明故障規律和發生部位，提出新的替代方式和材料，并進行可靠性分析；替代研究還可用于西門諾爾，獎狀等其他飛行模擬器。

關鍵詞：飛行副翼傳動鋼索；替代；國產化

飛機副翼是指安裝在機翼翼梢后緣外側的一塊可動的翼面，和方向舵，升降舵稱為飛機的三大主操縱舵面。飛行員操縱副翼使做飛行橫滾運動。

在飛行模擬器中，副翼的作用體現在飛行員向左或者向右壓駕駛盤時，機頭內部的傳動鋼索通過連動裝置和HOST計算機相關聯，在視景系統中反映出操縱動作的角度方位等情形。

C172飛行模擬機副翼傳動鋼索是把飛行操縱轉化為飛行模擬器數字信號的第一步，在整個飛行傳動系統中起著舉足輕重的作用。

目前使用的C172R飛行副翼傳動鋼索全部進口，由美國TRUsimulator公司生產通提供，價格昂貴并且采購周期相當長。

1.C172R飛行副翼傳動鋼索的具體構造

C172飛行副翼傳動鋼索位于飛行模擬機機頭內，通過底部一個大滑輪和其余四個較小的滑輪連接起來，形成一個副翼操縱傳動系統。它的總體長度大約2米，運行時呈現一個V字形狀連動布局。其中直徑較大三個滑輪屬于鋁合金材料，直徑較小兩個滑輪屬于酚醛塑料材質。

2.對C172R飛行模擬器副翼傳動鋼索發生所有故障進行統計以及歸納

將兩年內三部C172R飛行模擬器的鋼索故障作出統計，一共發生6次，平均每年每臺C172R練習器1次，在C172飛行模擬機所有故障中發生概率相當高，僅次于作動筒損壞故障。

3.分析飛行副翼傳動鋼索磨損斷裂的原因

總體來說，飛行副翼傳動鋼索主要分為物理磨損和化學磨損兩大類。

1）副翼傳動鋼索的物理磨損情況主要有以下幾種：

（一）作動筒牽連的擦刮損傷；

這方面問題主要體現在飛行副翼傳動鋼索運行中的張力值大小不合適。當飛行副翼傳動鋼索過緊，導致鋼索穿過支撐滑輪時和鋼索內部的時候，鋼索造成磨粒、斷絲或者微動；當飛行副翼傳動鋼索過松，導致鋼索有散股現象，短期會操縱失效，長期會變形過量導致嚴重后果。

（二）滑輪直徑不同導致鋼索磨損

當幾個滑輪直徑大小不同并且分布在飛行副翼傳動鋼索不同位置時候，造成支撐點較少，飛行副翼傳動鋼索容易偏離位置，跨度過大，震動也大；容易造成鋼絲硬化，從而脆斷。

（三）設備散熱

設備散熱導致溫度過高，加速飛行副翼傳動鋼索的老化。

2）副翼傳動鋼索的化學磨損主要體現為飛行副翼傳動鋼索因為長時間處于機房潮濕的環境而出現銹蝕。

4.對比理論分析和實際故障，提出解決方案和替代方法

通過對飛行副翼傳動鋼索磨損的理論分析和故障統計，我們得出結論，彎曲應力是導致鋼索故障的主要因素，主要由于鋼索與滑輪、鋼絲與鋼絲之間的磨損促使疲勞裂紋的萌生。在滑輪材料和直徑不變的實際情況下，可以減少扭轉及二次彎曲為主要目標來實現飛行副翼傳動鋼索磨損的減少。新的鋼索替代材料應當實現以上目標。

從力學角度為主要出發點，重點分析與飛行副翼傳動鋼索特性緊密相關的拉伸應力和彎曲應力。

根據胡克定律進一步分析幾種不同塑形材料材料在拉伸過程的四個階段：線彈性階段、屈服階段、強化階段和頸縮破壞階段。伸長率ε和應變率σ特性關系如圖所示

可以得出結論：不銹鋼材料張力和強度比其他塑形材料都要好，加上比低碳鋼更加耐磨和抗腐蝕；所以最適合制造飛行副翼傳動鋼索。

由于原裝飛行模擬機所有鋼索備件完全依靠加拿大廠商TRU進口購買，費用實在高昂，我們尋找一種適合做鋼索的國產材料替代原裝鋼索。首先對比一下選擇的國產鋼絲和進口鋼絲的實際差異。

1）使用壽命的比較如圖表所示

通過實際數據可以看出，所選擇的國產鋼絲使用壽命長，并且磨損程度較小。

2）力學性能變化比較

由實際數據可以直觀看出，國產鋼索力學性能較均勻，波動小；幅度差明顯小于日本鋼絲；同時，國產鋼索的扭轉韌性和彎曲次數較好。

分析進口鋼索和國產鋼索差距的內在原因

（1）國產鋼索化學成分以及捻制質量更均勻

國產索氏體化率高，斷面收縮率波動小比國產鋼索高，不易在鋼絲表面形成疲勞裂紋，韌性更好。

（2）鋼索股絲數的配置對比

由數據對比可以看出，，國產鋼索的第一層和第二層絲徑大一些；這樣鋼索內部結合更緊密，不容易出現散股現象，從而延長鋼索的使用壽命。

結論

通過對C172飛行模擬機副翼傳動鋼索斷裂現象進行系統的分析研究，查明故障主要原因和高概率部位，并進行可靠性分析。我們可以得出結論，制造飛行副翼傳動鋼索應當選擇索氏體化率高、組織均勻質量可靠、結構緊密合理，具有適宜的拉伸強度和韌性的不銹鋼國產鋼索，和均勻充分的潤滑，適當的預變形處理，能有效提高飛行副翼傳動鋼索配件的使用壽命；從而降低飛行模擬器的故障發生率和維護費用，提升飛行訓練可用時間。

（作者單位：1.中國民航飛行學院遂寧分院，四川 遂寧629000；2.中國民航飛行學院綿陽分院，四川 綿陽 621000）endprint