飛機(jī)反推操縱桿的防誤動(dòng)設(shè)計(jì)淺析

陳茹 劉雷

（北京青云航空儀表有限公司，北京101300）

0 引言

現(xiàn)代飛機(jī)大多設(shè)計(jì)有反推系統(tǒng)，主要功能是在飛機(jī)著陸時(shí)提供反推力，以減輕機(jī)輪剎車的負(fù)載，提高制動(dòng)性能。飛機(jī)反推系統(tǒng)發(fā)生故障的后果嚴(yán)重，其中，反推意外打開可能引發(fā)災(zāi)難性事故。天馬航空402號(hào)航班起飛時(shí)，右舷發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)一個(gè)不受指令的反推力，致使飛機(jī)不受控制失速，造成99人死亡；勞達(dá)航空004號(hào)航班駕駛B767飛機(jī)，因反推在空中意外打開，導(dǎo)致全機(jī)223人不幸罹難。此外，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，反推開鎖是造成發(fā)動(dòng)機(jī)空停/中斷起飛/返航/取消延誤的最主要原因[1]。因此，反推功能對(duì)飛機(jī)經(jīng)濟(jì)性和航班可靠度影響較大。

駕駛?cè)藛T的人為差錯(cuò)是飛機(jī)失事的重要原因[2]。為防止反推操縱錯(cuò)誤或不當(dāng)導(dǎo)致的反推故障，需進(jìn)行反推力防誤動(dòng)設(shè)計(jì)。發(fā)動(dòng)機(jī)的推力控制器件一般是位于中央駕駛臺(tái)的推力控制桿（也稱油門桿或油門臺(tái)）。通過推力控制桿在反推行程內(nèi)的操縱，產(chǎn)生反推控制指令并傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)反推力的控制。本文介紹了幾種常見的防油門桿反推誤操作的方法。

1 適航條款對(duì)反推防誤動(dòng)的要求

適航條款第25.1155條要求反推力的每一操縱器件必須有防止被誤動(dòng)的措施，且在慢車位置有可靠的鎖和止動(dòng)裝置。當(dāng)操縱器件從正推力狀態(tài)移開時(shí)，必須有一個(gè)單獨(dú)和明確的操縱動(dòng)作，以保證飛行安全[3，4]。

2 飛機(jī)反推操縱的防誤動(dòng)設(shè)計(jì)

在飛行慢車位置的鎖或止動(dòng)器可為機(jī)械式或電控式。其中，機(jī)械鎖止器方案受油門桿組件構(gòu)型的影響，目前根據(jù)正反推油門桿的相對(duì)位置，主要有直通式構(gòu)型和背負(fù)式構(gòu)型，背負(fù)桿式油門臺(tái)正推力和反推力由兩根桿分別控制，直通式油門臺(tái)由同一根桿控制。

2.1 機(jī)械防誤動(dòng)設(shè)計(jì)

采用純機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)反推操縱的防誤動(dòng)設(shè)計(jì)，從功能上實(shí)現(xiàn)機(jī)械內(nèi)鎖的作用。常見的機(jī)械止動(dòng)結(jié)構(gòu)包括棘爪/棘輪、限位銷、限位槽等。

2.1.1 直通式油門臺(tái)扳機(jī)式防誤操作

A320、ARJ21、新舟系列客機(jī)的油門臺(tái)均采用直通式油門臺(tái)構(gòu)型[5，6]。正推桿和反推桿為同一桿，但正推行程與反推行程位于兩段不同的滑軌上，兩條滑軌在慢車位置相交處設(shè)置臺(tái)階（機(jī)械擋塊）作為止動(dòng)面。當(dāng)飛行員由正推操作轉(zhuǎn)向反推操作時(shí)，需在慢車位置操作扳機(jī)，解除機(jī)械限位的阻擋，使與油門桿連接的銷軸由正推軌道進(jìn)入反推軌道。為防止反推誤動(dòng)，可設(shè)置一個(gè)彈簧與銷軸相連，使銷軸在彈簧力作用下可保持在正推軌道內(nèi)，在臺(tái)階處變換軌道時(shí)，需克服彈簧力，才能將滾柱拉入反推軌道。典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 扳機(jī)式防誤操作原理圖

2.1.2 背負(fù)式油門臺(tái)正反推互鎖

對(duì)于背負(fù)式油門桿，正、反推桿分別在各自的導(dǎo)軌內(nèi)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)正反推互鎖。

空客飛機(jī)采用導(dǎo)軌和滾子或銷的鎖定方式，正反推軌道分離，分別與正推桿和反推桿相連的兩個(gè)滾子在各自軌道內(nèi)運(yùn)動(dòng)，兩滾子間通過連鎖桿實(shí)現(xiàn)連接。利用兩個(gè)推力軌道的錯(cuò)位匹配，連鎖桿兩端的滾體分別會(huì)在正推力軌道和反推力軌道中運(yùn)動(dòng)，當(dāng)一側(cè)的滾體處于推力軌道時(shí)，另一側(cè)的滾體處于限位卡槽。

波音飛機(jī)油門桿曾采用過棘爪的止動(dòng)方式[5]。如圖2(a)所示，當(dāng)正推力桿進(jìn)入正推力區(qū)域時(shí)，棘爪端部A位于控制腹板下方，此時(shí)，棘爪端部B可鎖定反推拉桿（反推拉桿與反推桿相連），使反推拉桿與正推桿保持相對(duì)位置的固定，即反推桿處于慢車位置。當(dāng)正推力桿位于飛行慢車位置時(shí)，拉動(dòng)反推手柄，與反推桿相連的反推拉桿可推動(dòng)棘爪向上，使棘爪端部A卡在腹板孔位置，棘爪尾部C可鎖定正推桿，防止正推力桿移動(dòng)，同時(shí)，棘爪端部B可解除對(duì)反推拉桿的限位，允許飛行機(jī)組移動(dòng)反推手柄，圖2(b)所示。

圖2 棘爪原理圖

2.2 電子防誤操作設(shè)計(jì)

除機(jī)械式防誤操作外，波音、新舟等系列飛機(jī)還增加了電子控制的反推力聯(lián)鎖裝置（電磁鎖）。電磁鎖位于反推慢車位置，多數(shù)時(shí)間處于鎖定狀態(tài)下，以防止反推意外打開；當(dāng)反推桿轉(zhuǎn)動(dòng)到設(shè)定角度時(shí)，經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)信號(hào)接收和邏輯處理，向油門臺(tái)發(fā)送電磁鎖打開指令，允許反推桿移動(dòng)、進(jìn)一步增大反推力。

3 各種防誤動(dòng)方案的權(quán)衡分析

3.1 直通式和背負(fù)式油門桿的比較

正反推油門桿相對(duì)位置作為反推防誤動(dòng)方案的結(jié)構(gòu)上的限制條件，會(huì)間接影響反推防誤動(dòng)方案的選擇。

直通式油門桿結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直接與角度解算器或輸出軸相連。相對(duì)來(lái)說(shuō)體積小，重量輕，可靠性指標(biāo)更容易滿足。對(duì)于需要兩個(gè)以上油門桿的情況，如四發(fā)干線飛機(jī)，考慮駕駛員一只手難以同時(shí)操作四個(gè)反推扳機(jī)，一般不選擇直通式油門桿。

背負(fù)式油門桿布局，實(shí)現(xiàn)了反推力桿與正推力桿的分離，使正推行程和反推行程的空間角度變大，利于操縱精度的提高，適合飛行平穩(wěn)、不需頻繁操縱的運(yùn)輸機(jī)。

3.2 導(dǎo)軌-滾子/銷與棘爪止動(dòng)鎖的比較

導(dǎo)軌-滾子/銷的止動(dòng)鎖設(shè)計(jì)利用了正推桿和反推桿的弧形運(yùn)動(dòng)軌跡，整個(gè)油門臺(tái)機(jī)械部分采用軸承和齒輪的傳動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，止動(dòng)面防突破能力強(qiáng)，不易發(fā)生磨損和卡滯，具備一定的優(yōu)勢(shì)性。棘爪和控制腹板的止動(dòng)鎖設(shè)計(jì)需要一個(gè)長(zhǎng)度可變的桿，以消除棘爪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的軌跡變動(dòng)影響，因此，整個(gè)油門臺(tái)采用連桿的傳動(dòng)方式。止動(dòng)器機(jī)械鎖最終效果的好壞，如操作舒適性、可靠性等，除止動(dòng)鎖的機(jī)械類別差異外，很大程度上取決于整體設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化程度、工藝合理性以及對(duì)生產(chǎn)過程的控制。

3.3 電磁鎖的利弊

反推功能失效影響等級(jí)較大的情況包括空中反推意外打開（單側(cè)或雙側(cè)）和著陸時(shí)反推失效（單側(cè)或雙側(cè)）。對(duì)應(yīng)于反推操縱器件相關(guān)的子故障為：空中單側(cè)反推手柄意外操作、空中雙側(cè)反推手柄意外操作、以及著陸時(shí)雙側(cè)反推無(wú)法操作（當(dāng)單側(cè)反推操縱器件故障時(shí)，飛行員根據(jù)操作程序應(yīng)停止單側(cè)反推操作）。

雖然僅設(shè)置機(jī)械反推鎖，但可以滿足適航條款25.1155條的要求。同時(shí)在反推機(jī)械鎖的基礎(chǔ)上增加反推電磁鎖，為防止反推誤操作提供了雙重屏障，在反推機(jī)械鎖被意外打開時(shí)，如遇到顛簸反推鎖被暴力解鎖或飛行員無(wú)意碰觸油門桿造成意外解鎖，電磁鎖可有效減少空中反推意外打開的概率，僅從該功能失效狀態(tài)考慮，電磁鎖的增加有利于提升飛機(jī)的安全性。

但電磁鎖的增加也會(huì)帶來(lái)一些弊端。電磁鎖組件內(nèi)存在壽件和易損件時(shí)，可能影響整個(gè)油門臺(tái)的所用壽命，增加維修成本；電磁鎖存在無(wú)法打開的風(fēng)險(xiǎn)，降低了油門桿反推操作的工作可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

反推操縱的防操作方案的選擇，應(yīng)考慮從飛機(jī)到系統(tǒng)到設(shè)備的需求分配指標(biāo)，結(jié)合油門臺(tái)供應(yīng)商的技術(shù)基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)，在滿足主機(jī)要求和適航條款要求的前提下，從對(duì)飛機(jī)的安全性、可靠性、維修成本、經(jīng)濟(jì)性、人機(jī)工效等多方面進(jìn)行綜合權(quán)衡，尋求對(duì)上述指標(biāo)貢獻(xiàn)更大的方案。在電磁鎖技術(shù)成熟，故障率低的情況下，傾向于采用機(jī)械鎖和電磁鎖結(jié)合的方式，以提高反推功能的安全性，降低失效概率，滿足反推操縱器件的防誤動(dòng)要求。