輕型民用直升機載荷補償器連接螺栓磨損故障分析與排除

趙江 呂明月

【摘 ?要】分析了輕型民用直升機操縱系統尾槳載荷補償器操縱搖臂在使用中產生磨損的原因，提出了改進的措施，并在使用中得到了貫徹落實，保證飛機的使用安全。

【關鍵詞】直升機;載荷補償器;操縱搖臂;磨損

Abstract：This paper analyzes the cause the connecting bolt abrasion of some type helicopter'scontrol system’s tail rotor load-compensating servo which occurred during the employment in thearmed forces.The improvement measure，therefore，is bought forward，and is implemented.Consequenfly，it is increased the working life of the control bellerank，and enhanced the Helicopter security.

Key words：compensating servo;control bellcrank;abrasion

1前言

輕型民用直升機尾槳操縱助力器的功用是幫助飛行員對直升機實施液壓助力操縱。當液壓系統失效時飛行員也可通過載荷補償器對直升機實施人力操縱。載荷補償器的功用是在助力器液壓系統故障時，自動釋放蓄壓器儲存的壓力，幫助腳蹬操縱，以保證在安全速度下實現人力操縱。[1]

腳蹬操縱過程中載荷補償器工作原理：腳蹬處于中立位置時，即行程的50%處，載荷補償器產生力的方向通過搖臂轉軸，不起助力作用。左腳蹬從中立位置向前運動時，即從行程50%向0%運動，載荷補償器產生力的方向與腳蹬的運動方向一致起助力作用。左腳蹬從前極限向中立運動時，即從行程0%向50%運動，載荷補償器產生力的方向與腳蹬的運動方向相反為阻力。右腳蹬從中立位置向前運動時，即從行程50%向100%運動，載荷補償器產生力的方向與腳蹬的運動方向一致起助力作用。右腳蹬從前極限向中立運動時，即從行程100%向50%運動，載荷補償器產生力的方向與腳蹬的運動方向相反為阻力。[2]

2故障描述

故障區域位于尾操縱系統尾助力器后方的尾梁內，載荷補償器和搖臂均安裝在機體結構上，載荷補償器與操縱搖臂（材料2A12-T4）連接的螺栓（材料30CrMnSiA）和鋼襯套（材料40CrNiMoA-冷拉+退火）[3]存在磨損情況，連接螺栓磨損約1/4，鋼襯套磨損嚴重，如圖2所示。

3原因分析

故障區域傳載受力分析：飛行員蹬踏腳蹬帶動尾助力器運動，搖臂跟隨尾助力器繞著機身固定點轉動，觸發載荷補償器工作，故障區連接螺栓和襯套承受持續載荷2000N，推動搖臂轉動起到助力作用。通過故障區分解，發現搖臂耳片鋼襯套磨損連接螺栓，導致該處結構磨損的主要原因為：

1）該處要求的裝配精度很高，載荷補償器的安裝點A、搖臂的安裝點B以及連接螺栓的安裝點N，這三個安裝點要保證在同一條線上，而且這條線要在搖臂運動面內，在實際裝配過程中并未保證在一條直線上，導致N點連接處容易出現磨損。

2）載荷補償器作動筒的關節軸承，長時間使用出現卡滯現象，導致載荷補償器提供較大推力時，搖臂襯套與連接螺栓間存在相對轉動。搖臂鋼襯套的材料耐磨屬性強于連接螺栓，最終將螺栓磨損嚴重，這也與故障現象相符合。通過現場檢測，關節軸承確實存在卡滯現象。

3）通過現場查看，搖臂耳片內端面與載荷補償器關節軸承斷面間隙較大，導致螺栓承受額外的附加彎矩，導致螺栓局部受載嚴重。

4改進措施

針對故障原因分析，給出改進措施如下：

1）故障區裝配精度要求較高，盡量減少生產裝配過程中誤差累積，盡量保證載荷補償器的安裝點A、搖臂的安裝點B以及連接螺栓的安裝點N三點在同一直線上。

2）通過檢查發現關節軸承耐磨層偏薄，導致關節軸承卡滯。所以需要改進載荷補償器作動筒關節軸承，避免發生卡滯。

3）調整搖臂材料為鋼材料，將搖臂耳片向內增厚0.5毫米，減少螺栓附加彎矩，同時增強搖臂耳片的強度。

5結論

載荷補償器為“費力結構”，主要功效是尾助力器液壓系統故障時備份助力系統，為尾助力器液壓系統的安全可靠性及直升機的飛行品質提供了可靠的保證。通過對載荷補償器故障的機理分析及相應的結構改進措施，在測試運行中有效的避免了螺栓摩損現象，后續飛行再未出現此故障，也為載荷補償器的設計改進提供一定的幫助。

參考文獻：

[1] 周志文，方麗穎，鄧海俠，等.某型直升機載荷補償器操縱搖臂磨損分析與排除.1673.1220（2010）04-045-03.

[2] 直11型直升機培訓手冊.中航工業第六O二研究所[Z].1996.

[3] 中國航空材料手冊[M].北京：中國標準出版社，2002.

（作者單位：中國直升機設計研究所）