某型飛機座艙蓋作動筒不鎖定致座艙失密故障分析

郝天昊 郝琦 余大為

摘要：座艙氣密性對于保障飛行員生命安全十分重要。某型飛機因其座艙蓋作動筒與鎖系統聯動，作動筒一旦不鎖定，極易導致座艙失密，危及飛行安全。本文對該型飛機座艙蓋操縱系統的原理及作動筒不鎖定的原因進行了深入分析及試驗驗證，并在此基礎上提出了相應的解決方案。

關鍵詞：座艙失密；座艙蓋操縱系統；作動筒不鎖定

Keywords：cabin leakage；canopy operation system；unlocked actuator

1 故障現象

某型飛機發生座艙失密現象：在座艙蓋關閉、座艙蓋操縱作動筒氣腔排氣后，座艙蓋聯接鎖開鎖，座艙解除密封。

斷開作動筒與聯接鎖的連接后檢查發現，作動筒排氣后活塞桿無法鎖定，存在緩慢伸出現象。分析認為座艙失密的直接原因是作動筒活塞桿不鎖定，緩慢伸出并頂起了座艙蓋聯接鎖鎖鉤，導致安裝在聯接鎖上的氣密開關泄壓。該故障屬于座艙蓋液壓操縱系統故障。

2 系統工作原理

該型飛機分為單、雙座機兩種，座艙蓋液壓操縱系統工作原理相同（包括其衍生機型），用于在座艙蓋氣動系統不工作時使用液壓開啟和關閉座艙蓋，以及在不進行操縱時鎖定座艙蓋。座艙蓋液壓操縱系統由座艙蓋操縱作動筒、手動開啟機構和管路組成，其中手動開啟機構為一個組合附件，由液壓操縱開關、操縱活門、氣壓作動筒、液壓油箱、手搖泵等組成，原理如圖1所示。

座艙蓋操縱作動筒為一個四腔作動筒，有兩個氣腔和兩個液壓腔，均可用于開啟和關閉座艙蓋。

當氣動系統工作時，壓縮氣體進入座艙蓋操縱作動筒氣腔、氣壓作動筒和操縱活門，通過氣壓作動筒頂開液壓操縱開關的搖臂，使液壓操縱開關的壓膠活門由正常鎖定位置（壓膠活門位于圖中右極限）移動到中間通油位置，連通作動筒兩液壓腔，并通過操縱活門打開作動筒液壓腔與液壓油箱的回油路，從而解除液壓系統的鎖定，使用氣壓開啟和關閉座艙蓋。

氣動系統不工作時，液壓操縱開關處于正常鎖定位置，將操縱作動筒的液壓上下腔隔離并鎖定，此時如需使用液壓開啟座艙蓋，通過手搖泵輸出的壓力油可以打開操縱活門，進入作動筒液壓下腔，液壓上腔的油液則通過操縱活門回到液壓油箱。當需要使用液壓關閉座艙蓋時，應使用機外手柄將液壓操縱開關置于液壓關蓋位置（壓膠活門位于圖中左極限），使來自手搖泵的壓力油進入液壓上腔，液壓下腔與液壓油箱連通。

3 原因分析及試驗驗證

3.1 作動筒不鎖定原因分析

該型飛機座艙蓋關閉后，正常情況下，座艙蓋操縱作動筒由手動開啟機構上的液壓操縱開關鎖定在關閉位置，原理圖可簡化為圖2。

其中，P1、P2分別為作動筒液壓下腔和上腔壓強，S1、S2分別為作動筒液壓下腔和上腔活塞面積，F為活塞桿所承受的除液壓壓力之外的合力，主要包含三個部分：來自座艙蓋聯接鎖的壓力、作動筒活塞桿的重力分量、活塞桿與筒體的摩擦力。

作動筒活塞桿受力平衡時，有P1·S1 = P2·S2 + F。

根據合力F的變化，活塞桿通過改變上下腔壓強P1、P2來實現受力平衡，此時存在以下兩種情況：

1）當作動筒液壓腔、管路、手動開啟機構內的液壓油加注量合格且不存在多余的空氣，同時液壓操縱開關鎖定良好時，由于液壓油的壓縮剛度較大，受壓時的體積變化很小，因此當受力平衡時雖然P1、P2發生少許變化，但活塞桿位置基本不發生變化。

2）當系統內油液不足或液壓操縱開關存在滲漏時，空腔（氣）或滲漏會使液壓油提供的壓縮剛度降低，受壓時的體積變化增大，因此當受力平衡和P1、P2發生變化時，活塞桿無法在原位鎖定，其位置會發生較明顯變化，產生伸出或回縮現象。

3.2 作動筒向上伸出原因分析

正常情況下座艙蓋作動筒受艙蓋重量壓迫，如果作動筒不鎖定，其活塞桿應在座艙蓋重力作用下下掉而不是上升。但是，當座艙蓋關閉后，其重量主要由聯接鎖、氣密帶等承受，作動筒實際受壓很小。另一方面，座艙蓋關閉過程中，操縱作動筒的液壓下腔向上腔及液壓油箱補油，屬于壓力源，因此當座艙蓋關閉到位、液壓壓力釋放后，下腔的剩余壓力通常高于上腔。此外，由于活塞桿只存在于液壓上腔并占據了上腔活塞的一部分受壓面積，作動筒液壓下腔的活塞受壓面積大于上腔。以上三個因素綜合起來，導致了當座艙蓋關閉后、作動筒活塞桿不鎖定時，作動筒活塞桿會在液壓上下腔的壓差作用下向上伸出。

3.3試驗驗證

1）在試驗臺上實測

將手動開啟機構與座艙蓋操縱作動筒連接，作動筒空載，使用氣壓收放作動筒。

a. 正常加油時，活塞桿不伸出；

b. 將手動開啟機構內的油液放掉一部分，使系統內產生空腔，座艙蓋操縱作動筒出現開啟到位后下掉現象。此時收作動筒活塞桿到底，放氣后活塞桿緩慢伸出約25mm；

c. 當座艙蓋操縱作動筒關閉、氣動系統放氣后，作動筒活塞桿鎖定，反復5次，保持時間分別為0.5h、1h、2h、5h、10h，下腔壓力均為0.49MPa，上腔壓力均為0.05MPa，下腔壓力高于上腔且保持穩定。

2）在機上實測

a. 未斷開座艙蓋操縱作動筒與聯接鎖的連接且系統油液正常時，座艙蓋關閉后，活塞桿無緩慢伸出現象；

b. 斷開作動筒與聯接鎖的連接，并將液壓系統內的油液放掉100mL左右，收作動筒活塞桿到底，放氣后活塞桿伸出約20mm；

c. 斷開作動筒與聯接鎖的連接，重新對液壓系統進行加油排氣后，伸出現象消失。

3）佐證案例

工廠修理過的首架某型飛機（故障機的衍生機型）也曾經出現座艙蓋開啟后下掉及關蓋后作動筒緩慢伸出故障，手動開啟機構返修后，確認故障點為液壓操縱開關壓膠活門滲漏，重新壓膠后故障均得以排除。

很明顯，以上試驗結果及佐證案例與原因分析均相符。

3.4 其他影響因素

影響座艙蓋失密的其他因素有兩個，一是座艙蓋聯接鎖的開鎖力下降，當聯接鎖存在磨損，開鎖力降低時，其鎖鉤更易受活塞桿伸出力的影響而產生移動；二是氣密開關開始解除氣密時聯接鎖鎖鉤上移的行程量小（圖樣要求為2.5±0.3mm），若該行程量不符合要求，活塞桿一旦無法鎖定，當伸出較短時即可引起座艙失密。

3.5 單、雙座機的區別

據外場故障統計，該型飛機雙座機較單座機更容易發生座艙失密問題，原因主要有以下兩個方面：

1）雙座機座艙蓋操縱作動筒活塞的直徑（面積）比單座機更大，因此在液壓上下腔壓差相同時產生向上的推動力更大，更容易推動聯接鎖向上運動。

2）雙座機座艙蓋聯接鎖的開鎖力（要求930～1075N）比單座機（要求980～1225N）更小，聯接鎖鎖鉤更容易被異常伸出的作動筒活塞桿頂起。

3.6 小結

1）某型飛機座艙蓋作動筒不鎖定導致座艙失密的根本原因是：系統加油量不滿足要求（存在空腔）或液壓操縱開關不密封，導致液壓油提供的壓縮剛度降低，作動筒活塞桿不能鎖定；關蓋后，活塞桿受液壓壓差力影響，克服來自聯接鎖的壓力、活塞桿重力及摩擦力等外力，緩慢伸出并頂起聯接鎖鎖鉤，造成氣密開關泄壓，座艙失密。

2）其他影響因素包括聯接鎖鎖鉤和扇形件的磨損導致開鎖力下降、氣密開關開始解除氣密時聯接鎖鎖鉤上移的行程量小等。

3）雙座機比單座機更易發生該類故障。

4 結束語

根據分析可知，保持系統正常的加油量及做好排氣工作是預防該類問題最主要和最重要的方法，特別是對于同類型的雙座飛機。還應做到：

1）在座艙蓋出現下沉量過大現象時及時補加油和排氣，并可在加油排氣后斷開作動筒與聯接鎖的連接，檢查作動筒應無緩慢伸出現象，確保系統狀態良好。

2）定期檢查座艙蓋聯接鎖的磨損情況，保持開鎖力符合要求。

3）在修理時嚴格保證氣密開關開始解除氣密時聯接鎖鎖鉤上移的行程量。

作者簡介

郝天昊，工程師，主要從事飛機液壓及座艙蓋系統修理技術研究工作。

郝琦，工程師，主要從事飛機總體及操縱系統修理技術研究工作。

余大為，助理工程師，主要從事飛機起飛著陸系統修理技術研究工作。