某型機(jī)主槳操縱系統(tǒng)地面聯(lián)動故障分析與改進(jìn)

史盼盼 任津津

（1.中國直升機(jī)設(shè)計研究所，江西景德鎮(zhèn) 333001；2.中國人民解放軍61255部隊，山西侯馬 043000）

0.引言

飛行操縱系統(tǒng)是一個控制直升機(jī)飛行安全的關(guān)鍵系統(tǒng)[1]，其主要的功能是將駕駛員的操縱指令遞到直升機(jī)主、尾槳葉，實現(xiàn)直升機(jī)飛行姿態(tài)的控制。根據(jù)控制舵面的不同，直升機(jī)飛行操縱系統(tǒng)可以劃分為主槳操縱系統(tǒng)和尾槳操縱系統(tǒng)。飛行操縱系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了簡單機(jī)械式操縱系統(tǒng)、液壓助力操縱系統(tǒng)、電傳操縱系統(tǒng)，再到光傳操縱系統(tǒng)[2]。典型的液壓助力操縱系統(tǒng)一般由駕駛員操縱裝置、機(jī)械傳動環(huán)節(jié)和機(jī)械液壓伺服作動器組成。根據(jù)機(jī)械傳動環(huán)節(jié)所使用的傳輸構(gòu)件的不同，又分為硬式操縱線系和軟式操縱線系[3]。

某型機(jī)主槳操縱系統(tǒng)為硬式液壓助力操縱系統(tǒng)，主要由周期桿、總距桿、扭軸、支座、拉桿、搖臂、復(fù)合搖臂、助力器等部件組成。通過操縱駕駛桿和總距桿分別實現(xiàn)主槳的周期變距和總距變化。前后操縱駕駛桿可控制前助力器伸縮量實現(xiàn)縱向周期變距，左右操縱駕駛桿可控制左右助力器伸縮量實現(xiàn)橫向周期變距，上下操縱總距桿可控制3臺主助力器共同伸縮實現(xiàn)總距變化。3個通道的操縱在復(fù)合搖臂處綜合，各通道間應(yīng)各自獨(dú)立，互不影響。

操縱系統(tǒng)功能的正常與否直接影響到飛行安全[4]。為確定飛行操縱系統(tǒng)工作狀態(tài)，直升機(jī)飛行前通常進(jìn)行地面供壓試驗，檢查各通道操縱運(yùn)動是否正常。某型直升機(jī)在進(jìn)行地面供壓試驗時，發(fā)現(xiàn)存在主槳操縱系統(tǒng)地面聯(lián)動故障，即當(dāng)總距桿處于低距位置，前推駕駛桿時，總距桿有明顯的上抬隨動現(xiàn)象。此時如果用手阻止總距桿上抬，駕駛桿會有明顯的卡阻現(xiàn)象，力感較大。該故障現(xiàn)象明顯違反飛行操縱系統(tǒng)的設(shè)計要求，較大增加飛行員工作負(fù)荷和影響駕駛員操縱的準(zhǔn)確度，可能導(dǎo)致重大事故發(fā)生，因此進(jìn)行地面聯(lián)動故障的分析和改進(jìn)對于保證直升機(jī)飛行安全具有重大意義。

1.故障分析

1.1 復(fù)合搖臂工作原理

復(fù)合搖臂為總距操縱系統(tǒng)和周期變距操縱系統(tǒng)的共用部件，在復(fù)合搖臂處，總距操縱和縱、橫向操縱進(jìn)行耦合。圖1中（1）為縱向搖臂；（2）為橫向輸入搖臂；（3）為橫向輸出搖臂；（4）為總距扭軸。當(dāng)總距扭軸有輸入時，使得縱、橫向輸出搖臂同時輸出相同位移。當(dāng)縱（或橫）向有輸入時，只使縱（或橫）向輸出搖臂有輸出，而不影響總距線系。這就意味著：總距變化時不影響周期變距（自動傾斜器升高相同的高度，但傾斜角未變），當(dāng)周期變距運(yùn)動時也不影響總槳距（自動傾斜器傾斜，但仍然保持在相同高度上）。

圖1 復(fù)合搖臂

1.2 操縱聯(lián)動傳遞原理

如圖2所示，操縱系統(tǒng)正常工作情況下進(jìn)行縱向操縱時，總距桿在總距前段操縱線系摩擦力的作用下保持固定，總距輸入拉桿和總距輸出搖臂保持靜止，即總距扭軸無法繞a-a軸線轉(zhuǎn)動。此時進(jìn)行縱向操縱，縱向輸入拉桿帶動縱向搖臂繞軸線b-b轉(zhuǎn)動，縱向輸出拉桿運(yùn)動，總距輸出搖臂靜止，只有縱向輸出不會產(chǎn)生聯(lián)動。

圖2 運(yùn)動分析

當(dāng)縱向搖臂所受的阻力較大時，縱向操縱時縱向搖臂無法繞軸線b-b自由轉(zhuǎn)動，則縱向操縱運(yùn)動會向操縱力較小的總距扭軸傳遞，即駕駛桿縱向操縱引起總距桿聯(lián)動，表現(xiàn)為總桿隨駕駛桿上抬，或下壓。同樣當(dāng)縱向搖臂所受的阻力較大時進(jìn)行總距操縱也引起縱向輸入拉桿運(yùn)動，導(dǎo)致駕駛桿縱向運(yùn)動，即總距桿操縱引起駕駛桿縱向操縱聯(lián)動。

1.3 聯(lián)動受力分析

取總距扭軸和縱向搖臂做為整體進(jìn)行受力分析。總距扭軸上作用有軸承的支座反力Fx和Fy，總距扭軸轉(zhuǎn)動所需的力矩M總距（主要為總距摩擦力）。縱向搖臂上作用有縱向輸入拉桿給搖臂的作用力F縱和搖臂之后操縱線系給搖臂的作用力F后。

如圖3所示，正常縱向操縱時，力矩M總距能夠使得總距搖臂保持固定。前推駕駛桿，縱向操縱線系所傳遞的力F縱推動縱向搖臂繞軸心b轉(zhuǎn)動。

圖3 正常狀態(tài)受力分析

當(dāng)縱向搖臂后段阻力F后較大時，前推駕駛桿的操縱運(yùn)動會向力臂較大的總距扭軸傳遞，即在F縱的作用下縱向搖臂會在繞b運(yùn)動的同時繞a點平動，從而帶動總距扭軸轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)動最終通過總距線系反傳至總距桿，如圖4所示。

圖4 聯(lián)動狀態(tài)受力分析

判斷是否產(chǎn)生總距桿與駕駛桿聯(lián)動現(xiàn)象的核心要素在于縱向搖臂所受的阻力F后的大小。當(dāng)阻力F后較小時，駕駛桿縱向操縱和總距桿操縱互不影響，屬于正常狀態(tài)。當(dāng)阻力F后較大時，駕駛桿全部操縱力大部分都反傳至總距桿，總距桿操縱力很大，此時的聯(lián)動為故障狀態(tài)。

2.故障定位

經(jīng)上述分析證明縱向搖臂后的阻力過大導(dǎo)致地面聯(lián)動，為定位故障部位，利用故障樹分析法進(jìn)行具體定位。經(jīng)分析可導(dǎo)致故障的原因有：復(fù)合搖臂故障、助力器滑閥卡滯、液壓系統(tǒng)故障、助力器過載。據(jù)此建立故障樹（見圖5），通過故障樹分析，初步確定地面聯(lián)動涉及7個底事件。

圖5 地面聯(lián)動故障樹

根據(jù)故障樹對7個底事件進(jìn)行了排查：地面上開展操縱線系靈活性檢查，復(fù)合搖臂各搖臂轉(zhuǎn)動靈活，地面上復(fù)合搖臂與縱向搖臂間隙測量均滿足要求。對于縱向助力器，經(jīng)返廠檢查油濾處無明顯污染物，縱向助力器滑閥操縱力滿足技術(shù)要求。經(jīng)返廠檢測和換件檢查確定液壓系統(tǒng)工作正常，通過液壓系統(tǒng)的壓力調(diào)節(jié)閥可調(diào)節(jié)助力器的供給壓力，經(jīng)返廠檢測，均滿足設(shè)計的壓力要求。對自動傾斜器進(jìn)行不離位檢查，自動傾斜器各關(guān)節(jié)，間隙滿足要求，運(yùn)動靈活。

根據(jù)旋翼系統(tǒng)組成，助力器載荷主要來自于彈性軸承扭轉(zhuǎn)力、限動環(huán)與耐磨板摩擦力、自動傾斜器重力和摩擦力。為進(jìn)一步分析旋翼系統(tǒng)載荷與聯(lián)動現(xiàn)象的相關(guān)性，分別針對全線系連接狀態(tài)（含操縱系統(tǒng)桿系、助力器、自動傾斜器、槳轂及槳葉）、模擬空中狀態(tài)（抬起主槳葉使主槳葉支臂與限動塊脫離接觸）、斷開變距拉桿（助力器僅驅(qū)動自動傾斜器）3種狀態(tài)進(jìn)行測試，測量結(jié)果如表1所示。

表1 助力器載荷及聯(lián)動現(xiàn)象測試結(jié)果

通過上述試驗結(jié)果可知，彈性軸承和耐磨板處對于助力器載荷貢獻(xiàn)較大。通過對彈性軸承和自動傾斜器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)彈性軸承外觀正常且剛度符合設(shè)計要求，同時自動傾斜器的大球鉸運(yùn)動靈活且間隙正常。之后在限動環(huán)處涂抹潤滑脂，減小耐磨板與限動環(huán)之間的摩擦力，再次全線系連接狀態(tài)下進(jìn)行地面供壓試驗，操縱系統(tǒng)地面聯(lián)動現(xiàn)象基本消失。

3.結(jié)論

地面駕駛桿與總距桿聯(lián)動故障源于縱向搖臂后阻力較大，具體原因可定位為：地面停機(jī)狀態(tài)下，主槳葉耐磨板與限動環(huán)之間摩擦力大，使得助力器負(fù)載超出了助力器最大輸出力，導(dǎo)致駕駛桿的操縱運(yùn)動無法通過復(fù)合搖臂上的縱向搖臂向線系后段傳遞。此時，縱向搖臂帶動復(fù)合搖臂總距扭軸轉(zhuǎn)動，總距扭軸運(yùn)動向前反傳至總距桿，產(chǎn)生地面聯(lián)動現(xiàn)象。

地面停機(jī)狀態(tài)下開展全線系的地面操縱檢查可通過在主槳葉防磨片和下限動環(huán)之間涂抹潤滑脂，減輕主槳葉防磨片和下限動環(huán)之間的摩擦力，從而降低作用在助力器上的載荷，緩解地面聯(lián)動現(xiàn)象。