飛機液壓管路故障分析及安裝控制技術研究

佟 鑫，趙樹勇，李 喆

(沈陽飛機工業(集團)有限公司，遼寧 沈陽 110850)

飛機系統主要包括液壓、燃油、環控、氧氣、救生和動力裝置等，每個系統具備不同的功用，其安全良好的工作狀態對飛機的正常飛行起著至關重要的作用。液壓系統則是現代飛機最重要的機械系統之一，同時也是故障率高發系統，它擔負著各舵面操縱、起落架及艙門收放、機輪剎車、應急電源液壓驅動等重要任務，其工作可靠性直接影響飛行安全。液壓系統導管材料為1Cr18Ni10Ti不銹鋼導管，冷彎成型，屬于擴口連接，采用導管上外套螺母與中間接頭螺紋聯接形式，實現擴口錐面變形從而產生線密封，壓力體制為28 MPa。

液壓系統管路主要采用以導管通過結構的通孔或成品連接管接頭為基準，鋪設整條管路的裝配方法。管路裝配基準與結構件的常規裝配基準有所不同，系統管路最終需保證整條管路的準確性及協調性，而制約管路安裝協調度的因素很多，有導管制造精度、功能附件接頭角度、固定點準確度、導管安裝方法流程等。雖然筆者在整個液壓系統安裝協調及準確度控制方面做了一些研究工作，但環節較局限，操作性不強。

1 管路斷裂故障模式

液壓系統管路故障主要體現在導管喇叭口根部裂紋、平管嘴根部裂紋、管體在管夾內斷裂、管體起彎處斷裂等現象[1]，裂紋萌生部位通常處于導管的固定點和連接接頭附近，以及導管的彎曲度較大和表面有壓坑、劃傷的部位(見圖1)。

圖1 導管裂紋示意圖

2 斷裂機理分析

2.1 問題定位

導管裂紋是在多種因素綜合影響下產生，為準確查找、定位具體問題，建立故障樹(見圖2)，通過故障樹底事件排查，最終確定主要問題所在。

圖2 故障樹[2]

通過建立故障樹進行系統分析，列出可能導致導管裂紋的底事件問題共有29項，經過逐個排查及排除，可總結如下。

在機體振動條件下，導管斷裂或裂紋的產生與設計標準(管路剛度)、導管制造問題(導管實樣狀態、導管制造精度、鋼絲樣板狀態、法蘭盤角度控制、導管外形檢測、關鍵控制點的識別與控制、導管表面質量控制)、連接件制造問題(平管嘴內R加工、平管嘴內R檢測、接頭角度控制、接頭相對位置)及裝配問題(固定點定位精度、成品底座準確度、分離面導管定位協調度、固定點協調度、導管安裝順序、導管補彎曲不規范、導管應力大、直線段檢查、安裝應力檢測、穿墻接頭安裝控制)均有關聯，導管斷裂或裂紋是在上述因素的綜合影響下產生的。

整體可以分為三大類，導管直線段不足、3Δ值(不貼合度Δ1、不同軸度Δ2、偏斜度Δ3)超標、管路支承剛度差等問題。

2.2 液壓導管損傷特點分析

為摸清液壓系統導管斷裂問題機理，對某型飛機液壓系統導管故障46起問題進行了統計分析。故障分析統計圖如圖3所示。

圖3 故障分析統計圖

導管故障特點分析如下[3]。

1)導管斷裂主要分布在振動較強的機身(34-42)框區域內，左右尾梁、左右發動機艙和左右垂尾，共發生39起，占總故障數的85%，說明振動是導管損傷的主要因素。

2)從損傷形式看，損傷主要包括喇叭口根部裂紋、平管嘴根部裂紋、管體在管夾內斷裂，3種損傷形式原因為管體在平管嘴內或管夾內局部磨損造成斷裂，共發生44起，占總故障數的96%。故導管出平管嘴直線段、出管夾直線段不足是導管損傷的另一個主要因素。

3)通過對液壓導管斷裂現象進行外觀檢查、斷口宏觀、微觀觀察、化學成分分析、力學性能測試及金相組織檢查等理化分析工作，數據結果顯示，導管裂紋性質均為疲勞裂紋[4]。

2.3 液壓導管失效分析

1)直線段不足引起的斷裂。

液壓系統導管材料為1Cr18Ni10Ti不銹鋼導管，屬于擴口連接形式，導管在安裝過程中無任何補償余量進行空間姿態調整，且安裝精度要求較高，協調關系復雜，目前只能通過導管補彎曲的工藝手段進行導管安裝調整。導管補彎曲過程中因需保證安裝3Δ值而忽略導管直線段要求，導致機上出現部分導管直線段不符合標準要求。

故障導管地面補彎曲幅度大，補彎曲操作過程中，受人為因素的影響，導管直線段易被破壞，導管平管嘴根部會貼合導管起彎處外壁，受平管嘴末端擠壓，導管外壁產生損傷缺陷，該缺陷部位為導管零件結構上的應力集中部位。

2)3Δ值超標引起的斷裂。

導管安裝中產生的應力是影響導管安裝質量的重要因素之一，適當的裝配應力有利于管路與管接頭之間實現過盈配合，保證管路的密封性能[5]。但是，裝配應力過大卻是造成液壓導管裂紋、斷裂的一個主要原因[6]。目前，控制裝配應力的唯一方法是導管安裝的3Δ值，包括不貼合度Δ1、不同軸度Δ2和偏斜度Δ3，不同管徑、不同長度、不同管型導管，設計標準均不相同，不允許超出標準范圍內。若導管3Δ值無法滿足標準要求，則導管存在較大應力裝配。

3)管路支承剛度差引起的斷裂。

個別管路無固定支承點，在機體振動條件下，易產生振動磨損。管路在振動的作用下，管路與管路連接、固定處配合面產生相對位移而形成的摩擦表面損傷；或是因管路振動位移過大，而與相鄰物體(如結構、相鄰管路等)產生反復碰撞摩擦而形成的表面損傷，嚴重時可在管路表面形成明顯的磨損缺陷而導致管路損壞。

3 全流程控制方法

3.1 零件制造精度及協調度控制

1)功能附件接頭角度控制。

在導管裝配過程中，發現導管安裝質量與功能附件配套接頭準確度、定位基準相關，若接頭角度存在差異，不同架次狀態不一致，影響導管安裝的偏斜度。若定位基準不統一，導管與功能附件存在不協調問題，需對導管進行補彎曲，導管安裝困難。

為加強與導管連接功能附件配套接頭角度控制，明確功能附件定位基準和接頭角度公差，以零件供應狀態表的形式申請零件制造單位進行管控；零件制造單位按狀態需求，申請改進工裝定位形式，增加定位器，嚴格控制接頭安裝角度，保證角度公差在±30′范圍內。

2)平管嘴加工方法優化。

平管嘴內R角尺寸加工方法的研究與優化改進。內孔d、圓角r及66°度面改用數控車一次走刀成形，保證圓角r與內孔、度面過渡圓滑，尺寸合格。

平管嘴內R檢測方式由普通樣板檢測改為復合式影響測量儀保證測量精度。

3)導管制造精度提升。

導管精度等級為設計按導管在飛機上使用功能給定的導管制造精度，導管分為3個精度等級：Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級，設計未規定的導管按Ⅲ級精度等級制造。現有的導管檢測標準主要依據俄方標準轉化而來，主要應用模擬量方式(導管夾具、鋼絲樣板)檢驗。Ⅰ級、Ⅱ級精度的φ12以上的導管用工裝夾具進行檢驗，其他按鋼絲樣板進行檢驗。從檢測數據可以看出，導管的制造誤差很大，難以滿足使用環境振動和脈動影響較大的使用需求。

為了降低導管制造誤差，提升導管制造精度，從如下幾個方面開展工作。

1)提高導管精度等級。

對于飛機發動機艙、垂尾和尾梁等使用環境振動較大區域的液壓系統導管，將原圖樣中要求為Ⅱ級、Ⅲ級精度的導管精度等級統一提高到Ⅰ級精度。

2)導管專用工裝。

關于重點管控導管要采用專用工裝控制導管制造精度，導管A、B端模擬裝機狀態通過接頭旋緊方式進行定位，固定點位置通過托架測量間隙的方式進行檢查間隙值，嚴格控制導管制造精度。通過采取導管專用工裝定位，能保證導管制造誤差<1 mm。

3)數字化加工檢測。

導管全面采用數控彎曲成形；導管端頭全部采用數控擴口，固化擴口余量和進給速率，提高導管端頭擴口精度和穩定性；導管成形后全面采用數字化測量代替傳統鋼絲樣板檢測，提高導管外形檢測精度。

4)導管表面質量控制。

導管表面質量差，會使導管局部應力集中，管路在高壓應力、壓力脈動沖擊、結構振動等復雜環境影響下，導致導管承受的應力水平較高，產生裂紋。為了提高導管表面質量，在運輸和周轉過程中采用聚氯乙烯塑料袋進行導管單獨包裝，避免機械損傷。

3.2 系統管路固定點協調度及準確度控制

導管從成品管接頭出發，通過中間固定點與結構固定，導管鋪設到結構蒙皮接頭上。導管固定點準確性與穩定性直接影響導管進入管夾的協調性。

3.2.1 導管固定點準確性控制

固定點定位(見圖4)要以成品接頭、穿墻接頭、機加墻、框為定位基準，通過定位工裝(包括工藝導管、立體樣板、工裝定位器、成品模型、常規樣板、裝配孔等)，定位成品支座、導管固定點與系統件相連接的孔位，保證其位置準確性及與成品、導管的協調性，最終實現系統導管小應力裝配。

1)成品底座定位。

成品是一條管路的源頭，是協調整條管路的定位基準。因此，要嚴格控制成品安裝位置，保證其準確度。成品底座原則上按工裝定位器或成品模型協調定位安裝，保證成品與底座孔位關系協調，安裝準確，實現無應力裝配。

2)封閉區內固定點定位。

在結構封閉區內，液壓系統成品、導管及固定點一般是由同一單位或工位來安裝。固定點參考設計理論尺寸的同時，可按封閉區內管路路徑及走向協調定位安裝，保證導管與固定點小應力裝配。

3)半封閉區內固定點定位。

半封閉區是指結構空間較開敞，施工通路很好的區域，如發動機艙、進氣道等。可使用立體樣板進行導管固定點的定位連接和安裝，如導管平行站位、固定點位置在同一結構平面上，排列整齊；使用工裝定位器、常規定位樣板、裝配孔進行導管固定點的定位安裝，定位基準盡可能選擇主承力零件。

4)對接區固定點定位。

對接區是指組合件、段件、部件等對接區域，協調關系復雜，導管安裝后易出現不協調的問題，此區域是導管固定點定位重點控制區域。

對接區域且具有協調關系的導管固定點，盡可能在組合件、段件、部件等對接后協調定位安裝，保證安裝狀態穩定，整條管路協調，避免裝配誤差因素導致導管安裝的不協調問題發生；對接區域且具有協調關系的導管固定點，原則上采用工藝導管的定位方法定位安裝導管固定點，固定點按工藝導管管型及走向進行定位安裝，保證導管與固定點協調，小應力裝配。

a)立體樣板

b)工藝導管

3.2.2 分離面導管協調性控制

對結構分離面處有結合要求的導管，應考慮互換要求，以結構交點或部件的定位基準為導管的定位基準，參考數模理論站位，協調定位導管自由端。

部件分離面導管若與成品連接，可使用成品模型進行分離面導管自由端定位控制。部件分離面導管若與導管連接，可使用工裝定位器進行分離面導管自由端定位控制。

3.3 規范系統管路安裝方法及流程

導管安裝順序遵循的基本原則是從航前向航后，由里向外鋪設安裝，特殊情況具體分析。

1)編發典型工藝規程。

制定導管安裝及補彎曲典型工藝規程，在安裝導管過程中，若出現導管之間的不貼合度、不同軸度、偏斜度超出規定范圍，并具備文件要求的導管補彎曲條件，為避免導管在固定處和連接處產生附加應力[10]，保證導管安裝偏差和間隙，可將導管拆下，在飛機外或專門工作場地借助彎管夾具彎曲導管，導管彎曲的位置應選擇在距固定連接處安裝處足夠遠的直線段上，焊接配件導管禁止補彎曲，嚴禁在機上進行補彎曲工作。

2)繪制安裝流程圖。

對全機液壓系統管路進行安裝梳理，繪制完成液壓系統導管安裝總體流程圖和區域安裝流程圖，形成圖冊統一編冊用于指導生產，規范操作。

3.4 明確檢查標準及方法

3.4.1 導管直線段檢查

按照標準，從管夾伸出的導管應該有≥5 mm的直線段，與接頭連接的導管應該有≥7 mm的直線段(從管口相反方向平管嘴的末端量起)要求。若導管直線段無法滿足標準要求，易出現管體在管夾或平管嘴內局部相互摩擦現象，導致導管出現磨損或裂紋。

采取工藝措施，在液壓系統導管接頭端做出直線段警示標線，導管制造單位在工藝規程終檢工序中增加直線段檢查內容；導管進行裝配、地面補彎曲及其他工作時采取防護措施，直線段標線內的管體不允許受力、變形。導管安裝到位后用測量工具檢查導管標線內的直線段情況。

3.4.2 導管3Δ值檢查

按照標準要求，導管、附件和中間的固定點安裝時必須滿足安裝誤差的規定，安裝誤差包括不貼合度Δ1、不同軸度Δ2、偏斜度Δ3。實際導管安裝過程中，由于不同軸度Δ2、偏斜度Δ3在機上空間受限情況下，操作困難無法準確測出數值。通過開展工藝試驗，模擬不同狀態下導管的安裝誤差，確定3Δ值(貼合度、不同軸度、偏斜度)檢查方法和檢測工具，優化導管安裝應力檢測方法，完善工藝規程。

1)不貼合度Δ1的測量方式。

在測量不貼合度Δ1時，按壓導管至導管內錐面與管接頭間隙最小處單面貼合，用專用量具檢查最大間隙處，間隙應不大于標準中彎曲鋼制導管連接不貼合度規定值X。

若因空間等因素無法采用按壓方式檢測時，可使用千分墊等工具對單面最大間隙點及其同直徑對位點間隙進行測量，兩處間隙總值應不大于標準中彎曲鋼制導管連接不貼合度規定值X。

專用量具的直徑D按如下計算式進行計算：

2)不同軸度Δ2、偏斜度Δ3不進行實際測量，應采用如下方式檢測。

預安裝：用手勁可使螺母旋進旋出(旋進至剩余螺扣最多2扣)，過程沒有緊澀感，退出外套螺母后，檢查外套螺母和管接頭的螺紋連續、完整。

正式安裝：用手勁可使螺母旋進旋出(旋進至剩余螺扣最多2扣)，過程沒有緊澀感，最后用擰緊工具完成連接裝配。

4 結語

通過上述分析，并在后續飛機裝配及使用過程中得到充分驗證，總結的全流程技術方法對液壓管路安裝質量控制具有一定指導意義。本文全面分析了液壓系統導管的故障模式及機理，制定的全流程控制工藝方法能夠解決液壓管路安裝的不協調問題，效果良好，能夠提升液壓系統管路安裝協調準確度，有效降低了內、外場故障率。