A320系列飛機前輪轉彎故障分析

蔡萱敏 陳喜超

摘要：A320系列飛機前輪轉彎故障一直是機隊運行中較棘手的問題，尤其是前輪跑偏故障，當跑偏角度不大時機組操作很難發現，導致故障長期存在，故障惡化后將使內部齒輪和齒輪盤磨損超標。本文利用QAR數據，參考系統原理，找出該故障的內在規律并制定監控規則，使故障在萌生時即能被發現并及早解決，杜絕了安全隱患，保證了飛行安全。

關鍵詞：轉彎；跑偏；QAR數據

Keywords：steering；veering；QAR data

1 故障背景

利用空客Skywise平臺對機隊近十年的延誤進行統計，前輪轉彎故障平均每年有2起，該故障常造成飛機無法轉彎，需要拖車拖回，易占用跑道。

圖1為近十年前輪轉彎故障統計情況，其中兩起典型事件如下。

1）2011年12月5日12：36，一架A320系列飛機滑行時報前輪轉彎故障，12：48拖車將飛機拖回，根據TSM32-51-00-810-811-A排故，根據AMM32-42-34 PB401更換BSCU，測試不通過；15：30從飛機上拆下前輪轉彎傳感器（FIN：4GC）送去檢修；21： 00更換4GC完畢，調節測試正常；更換前輪轉彎傳感器（FIN：4GC），調節測試正常。2011年12月8日，該機哈爾濱過站，11：28再次接收到報文信息“WHEEL N/W STRG FAULT”，機務報飛機滑出后前輪轉彎失效，飛機拖回，重置后無效，飛機下客排故；14：10分，由沈陽派出排故人員；00：00將3GC和4GC拆下調節；00：50調節后地面測試正常；后續航班取消。4GC拆下后發現齒輪磨損超標。

2）2020年4月16日，另一架A320系列飛機C檢出廠執行調機時，機組反饋起飛滑跑階段和落地后都有左偏現象，配平大約7度。調節3GC傳感器后，機組滑行測試正常。后期調查分析發現，C檢進廠時正常，但更換前起落架后因未正確調整3GC數據，導致了飛機出廠調機就出現前輪跑偏故障現象。

從以上兩起事件可以發現，前輪轉彎故障的特點隱蔽性強，地面難以重現，導致地面排故時無法精準定位，故障反復發生，特別是前輪跑偏故障的發生往往沒有警告信息，僅是故障現象，而在地面時機務無法通過滑行來測試，故無法驗證故障是否真實排除，給運行帶來很大影響。同時，由于無法精準定位，為快速排故每次都會更換大量部件，導致很多部件被誤換，NFF率非常高。

2 系統工作原理

A320系列飛機的前輪轉彎控制系統由手輪和腳蹬（輸入部分）、BSCU計算機（控制部分）、前輪（控制對象）、3GC和4GC傳感器（反饋機構）組成。從圖2可見，前起落架中有一個定中凸輪機構，當飛機起飛抬輪后，前起落架完全伸出，隨后在定中凸輪的作用下，前輪保持中立位，之后跟隨前起收入到輪艙中。

2.1 前輪轉彎的地面激活條件

與其他飛機不同，A320系列飛機的前輪轉彎并不是只增壓對應的液壓系統就可操作，而是首先需要滿足該系統的激活條件方可正常操控。而該激活的控制通過控制選擇控制活門實現，當飛機的兩個主起落架被壓縮，且至少一臺發動機的滑油壓力不低壓以及拖機模式在正常位時，該活門才被打開。隨后需通過轉換選擇活門使液壓進入6GC伺服控制機構。該活門的打開條件是前起落架放出，一旦前起落架收起該活門將會關閉而切斷液壓來源。如圖3所示，液壓進入6GC伺服控制機構，通過SLAVED VALVE進入滑閥的中間，在該處通過伺服活門的位置來改變滑閥兩端的壓力，控制液壓進入前輪轉彎作動筒的具體腔室，從而實現前輪轉彎。其中，滑閥上連接了一個LVDT傳感器，BSCU通過控制伺服活門改變滑閥的位置，通過LVDT監控滑閥的位置是否正確響應，從而實現閉環控制。

2.2 前輪轉彎的控制過程

一般情況下，在低速滑行時機組采用手輪來控制前輪轉彎角度，在高速滑行時機組采用腳蹬來控制前輪轉彎角度。兩個手輪與腳蹬的控制通過代數疊加的方式實現。轉彎的控制原理如圖4所示，兩個手輪的指令經過解析后直接送入BSCU，腳蹬的信號通過ELAC計算機后進入BSCU計算機。具體控制過程是兩個手輪的指令在進入BSCU計算機后首先進行疊加，通過圖5的換算將手輪的指令與腳蹬的指令疊加，經過限速控制，然后將該指令以電流的形式輸入伺服活門，伺服活門在液壓的作用下控制前輪轉到指定角度，3GC將該角度反饋給伺服活門的輸入端作為負反饋。如果輸入的實際位置與指令位置不一致，伺服活門的輸入端會有電流輸入，如果一致則沒有電流輸入，即伺服活門的輸入是控制指令與實際位置的差值。與此同時，4GC將前輪的實際位置反饋給BSCU的監控通道，如果4GC與3GC的參數值超過6度，就會產生警告，同時切斷轉彎伺服機構的液壓。

3 QAR數據分析

3.1 QAR數據利用原理

由圖5可知，手輪的指令換算值如下：

其中，Y為前輪的最終指令值。

根據以上原理，在QAR上查找對應的參數，計算出β指令，與QAR參數上的β指令值相對比，可知BSCU的計算是否存在錯誤；再與3GC的指令值對比，查看6GC伺服機構的控制是否正確；最后查看飛機在起飛抬輪和降落剛放輪的情況下3GC的值是否在0附近，從而可知3GC的傳感器電器零位與機械零位是否一致。即利用QAR數據可以探測出整個轉彎系統的部件故障。

關于腳蹬的指令問題，由于腳蹬同屬于飛控系統的方向舵控制，因此腳蹬的角度值對前輪轉彎的控制也會受方向舵配平的影響。在飛控系統中，不踩腳蹬時方向舵的配平角度等于腳蹬的角度值，這也是機組在遇到前輪跑偏時采用配平來修正的操作原因之一。

3.2 建立監控模型

基于上述原理，利用空客SKYWISE平臺上的QAR數據進行驗證，輸入手輪、腳蹬及輪速參數，計算出理論值，對比QAR參數中BSCU計算出的指令值，查看兩者的殘差是否符合期望為0的正態分布，如符合則上述公式應用正確。

從圖6可以看出，殘差符合期望為0的正態分布，說明公式合理。接下來驗證3GC與機械位置的一致性。由于前起落架的定中凸輪作用，當前起落架伸出時，前輪的機械位置是0，如果3GC的電器位置也是0，說明正常；如果偏移較大，說明有跑偏現象。對前起放下后及自檢后的數據進行統計，如圖7所示，該飛機在機械零位時，電器的角度是0.124度且非常穩定，說明該監測原理可行。

驗證6GC的工作狀態算法，將BSCU的指令值與3GC反饋值進行做差，查看殘差分布。如圖8所示，殘差也是近似期望為0的正態分布，說明6GC的工作狀態監控算法沒有問題。雖然其中非0的數據較多，原因是跑道路面不同或滑行時的側風等外界因素所致，總體仍為正態分布就表明6GC的監控算法可行。該算法的問題在于不能實時監控，需要監控一段時間內的數據才能平衡外界因素干擾，從而監控6GC的性能狀態。

4 監控措施方案

綜上所述，利用QAR數據可以監控以下內容：

1）監控3GC是否存在機械零位偏差；

2）監控BSCU指令值是否正確；

3）監控6GC的性能狀態。

通過第一點的監控，可以及時解決前輪跑偏問題并提前發現3GC和4GC的齒輪與前起支柱內的齒輪盤之間的磨損問題。通過第二點監控可以準確判斷出BSCU計算機是否有問題，從而大大降低BSCU計算機送修的NFF率。通過第三點監控可以及早發現6GC的性能狀態，以判斷其內部的伺服活門是否存在老化等現象。另外，通過對應監控到的某些異常點，可以查看是否存在因主輪剎車、前輪漏氣等造成的跑偏。

對于前起落架內部齒輪磨損嚴重的情況，可以根據飛機上的4GC與3GC的差值來監控，當監控到波動頻繁時，可拆除3GC和4GC，詳細檢查對應的齒輪和前起支柱齒輪盤的狀態。一旦發現齒輪盤磨損嚴重，需更換前起落架組件，尤其是在翼近10年的老齡飛機的起落架。

參考文獻

[1]空客A320AMM維護手冊[Z].

[2]賽峰起落架培訓手冊[Z].

[3] TFU 32.51.00.17 [Z].

[4] ISI 32.51.00.015 [Z].