波音737 機型爆胎重大隱患的分析和預防

■ 徐方興 董哲/河北航空有限公司

近期，一架波音737-800 飛機執行航班落地后，機組報告飛機左內主輪出現爆胎。通過譯碼軟件判斷人工剎車介入后左側剎車壓力異常突增，故障點最終被確定在防滯系統相關部件上。在相繼更換了AACU、左內機輪剎車、左內防滯活門與左剎車計量活門后故障排除，最后送修報告顯示是剎車防滯活門故障。后續故障總結發現，波音機型防滯剎車系統存在重大隱患，此隱患在世界737 機隊中隨時可能發生，考慮到問題的嚴重性，我公司與武漢航達公司共同開展了研究。

1 波音737 機型剎車系統原理

剎車系統大致分為正常剎車系統與備用/收上剎車系統，本故障不涉及備用/收上剎車系統的相關使用，因此只對正常剎車系統進行說明。

圖1 為剎車系統原理圖。正常剎車由B 液壓系統供壓，壓力油沿管路將備用剎車選擇活門保持在阻斷A 系統壓力的位置（相同壓強下，A、B 液壓系統同時供壓時，依靠面積不一致），同時將儲壓器隔離活門保持在打開位置。壓力油進入下級管路后有兩個走向：一是由腳蹬通過連桿－鋼索帶動的剎車計量活門，二是AACU 控制工作的自動剎車活門組件。二者都可控制向下游的供壓壓力，但因換向閥的存在，只有壓力更大一側的壓力油繼續去向剎車組件。通常落地前，自動剎車就被選擇電門選擇好其工作的程度，落地后AACU 內部邏輯接通，自動控制剎車力度。人工剎車的介入往往滯后于自動剎車，由于人工踩剎車的程度即人工供壓時剎車壓力不盡相同，因此只有當人工剎車壓力高于自動剎車壓力，或自動剎車在AACU 內部邏輯控制下停止工作時，人工剎車才會取代自動剎車。

圖1 剎車系統原理圖

正是由于人工剎車的不確定性，為了增加對不同天氣條件下剎車組件的工作力度調節以及機輪打滑的快速恢復，剎車壓力油的供給還需要經過AACU 的調節，該功能正是經由防滯活門來實現。防滯活門位于剎車組件上游，無論是人工剎車壓力還是自動剎車壓力，都需要經過防滯活門的二次調配才能作動剎車。如果由于惡劣的地面條件或其他原因導致機輪打滑、機輪轉速不一致，防滯活門可以釋放掉一部分剎車壓力，以使轉速較慢的機輪快速恢復轉動，防止機輪拖行，提高制動時飛機的穩定性與較差路面條件下剎車系統的工作效率。

經由防滯活門二次調配的剎車壓力再去作動剎車壓力盤，靜子盤壓緊隨機輪轉動的轉子盤，不斷增大的摩擦力會逐步減緩轉子盤即機輪的轉動，最終實現對機輪的剎車控制。

2 防滯活門

防滯活門是經由AACU 控制的電控閥門，其工作依靠雙級閥體控制，如圖2 所示。

圖2 防滯活門工作原理圖

2.1 一級閥

一級閥由AACU 控制的擋塊－碟片結構和三通噴腔組成，擋塊—碟片結構在AACU 不施加電流的情況下處于中立位置，此時若有來自計量活門/自動剎車活門組件的剎車壓力，則擋塊－碟片結構會在壓力作用下擋住回油噴腔，壓力油可以完全流進二級閥，該壓力被稱為控制壓力。當AACU 給一級閥施加電流時，擋塊－碟片結構逐漸移開回油噴腔，剎車壓力會因打開的回油噴腔損失一部分壓力油而直接進入回油管路，進而導致供向二級閥的控制壓力逐漸減小，該過程即為AACU對防滯活門的控制過程。

2.2 二級閥

1）Step1：二級閥是一個純機械作動的滑閥－套筒機構。其上有一個預載彈簧，保持滑閥處于接通剎車管路與壓力管路的位置，以保證剎車壓力可以自由供至剎車盤。當AACU 未作動一級閥時，全額的剎車壓力轉化為控制壓力供至滑閥的偏置端，此時滑閥另一端與供給端相連通，其壓力等同于偏置端控制壓力。由于預載彈簧的力，滑閥不移動，剎車壓力端與供油端完全接通，剎車壓力等同于供給壓力。

2）Step2：當AACU 做 動 一 級 閥后，控制壓力變小，滑閥偏置端的壓力相應減小，但另一端依舊保持在供給端的壓力上，滑閥在合力的作用下克服彈簧力向右移動。隨著滑閥的移動，供給端口供壓面積逐漸減小，供給壓力也相應減小，相應地，另一端壓力也逐步縮小。但是由于偏置端壓力始終被一級閥的回油噴腔釋放掉了一部分，因此其合力依舊是會推動滑閥不斷向右滑動，直至回油端與一級閥的回油端相連通，此時一級閥的回油壓力才可以被釋放掉。與此同時，滑閥另一端的壓力也與回油端相連通，剎車壓力端壓力同樣與回油端相連通，兩端壓力都減小。

3）Step3：在同時釋放掉一級閥回油端壓力、滑閥另一端壓力與剎車供壓壓力之后，偏置端壓力與彈簧力的合力又會將滑閥向左推動，滑閥不會回到初始位置，而是通過控制阻擋住壓力端的面積來控制滑閥偏置端壓力與另一端壓力，再綜合彈簧力達到新的平衡態。此時給剎車輸出的壓力是供壓壓力通過截面積減小后的壓力。

2.3 壓力輸出控制

由圖3 中的對比不難看出，一級閥的輸出壓力與防滯閥輸出的剎車壓力隨電流的變化是同步的，這一點在SDS 手冊中也得以佐證。

圖3 防滯閥一級閥輸出壓力與防滯閥輸出剎車壓力隨電流變化的對比圖

2.4 回油單向閥

回油單向閥（見圖4）在供油端直接與剎車壓力端相連接，在AACU 不介入時，兩端壓力相等，單向閥不打開；當AACU 介入后，供油端壓力一直大于剎車壓力，此時單向閥也不工作。設置單向閥的目的在于當人工剎車/自動剎車組件的輸出壓力減小時，即供油端壓力減小時，若同時AACU 指令作動一級閥，滑閥向右側移動，那么剎車壓力端的壓力會被移動的滑閥暫時保持在原有的水平不下降以滿足剎車需求。此時單向閥由于剎車壓力端壓力大于供油端壓力，在壓差的作用下打開以釋放剎車壓力端的壓力，使防滯活門能快速滿足人工剎車/自動剎車組件的指令輸出壓力。

圖4 回油單向閥的閥門結構

3 故障分析

3.1 故障情景再現

航班落地后，飛機姿態略微左傾，左主起先接地，2s 后右主起再接地。落地滑跑速度較快，觸地后自動剎車正常接通，剎車管道壓力處于正常的500 ～600psi。速度100 節時，自動剎車被人工剎車的介入所解除，人工剎車壓力隨著機組的腳蹬行程直接被抬升至3000psi 左右，持續大約10s。如果防滯活門工作正常，那么在AACU 的控制下，人工剎車的壓力將很快通過防滯活門釋放掉一大部分并最終作用到剎車上。但當時防滯活門工作異常（后續測試證實），實際上大部分剎車壓力并沒有被釋放，依舊有很高的剎車壓力作用在剎車盤上，不停壓緊轉動的轉子盤，機輪很快就被保持在不再轉動的狀態，進而機輪發生滑動摩擦，伴隨而來的巨大熱量與胎皮的不斷磨損，最終導致爆胎故障的發生。

3.2 故障件的證實

經過與武漢航達的聯合測試（見圖5），證實故障件的防滯活門不僅工作狀態滯后，且防滯功能無法完全實現。

圖5 防滯活門送修報告

同時，剎車組件的送修報告也表明，有2 個剎車活塞出現形狀規則的損傷。結合當時的剎車工作過程，剎車作動筒始終被保持在較高的壓力下工作，可以認為該剎車活塞的損傷是壓緊使用導致的磨損。

4 預防性措施可行性分析

4.1 可接近過濾接頭的維護

如圖6 所示，防滯活門中有三個濾網，都是為了過濾掉油路中的雜質而設。其中，壓力端濾網與一級閥入口處濾網是為了防止雜質堆積阻礙一級閥/二級閥的作動，剎車壓力接頭處的濾網是為了過濾供向剎車組件的雜質，防止剎車盤卡阻。由液壓系統圖可知，除系統液壓組件處的過濾裝置外，剎車系統相關管路中并未設置供油路徑上的過濾裝置，即防滯活門上的濾網是剎車系統中的第一級過濾裝置。

圖6 防滯活門本體分解圖

防滯活門上游對應有儲壓器、儲壓器隔離活門、備用剎車選擇活門、自動剎車活門組件、剎車計量活門、換向活門與剎車壓力傳感器等，這些部件雖然不會像油泵那樣有較大幾率產生磨損，但這些活門中滑閥的磨損可能性較大。因此，為了提高防滯活門的壽命與可靠性，定期維護易于接近的壓力端濾網是一種可行性較高的措施。碎屑如果集中產生，則意味著上游部件已發生一定程度的磨損。維護過程中如果發現碎屑，可對上游部件進行隔離，有可能某一滑閥已產生了一定程度的內漏。

AMM 手冊并不涉及對濾子UNION的拆裝與維護，查詢航材也并無UNION的備件情況，庫存中沒有收錄相關件號。濾子的堵塞會使防滯活門下游剎車壓力減小，導致輪子無法被剎停。

4.2 調節螺栓的調節

如圖7 所示，在一級閥的蓋子下方有兩顆調節螺栓，通過旋轉調節螺栓，可以改變進油噴腔與回油噴腔相對于電樞的位置，進而調節不同AACU 控制電流下一級閥輸出給二級閥的控制壓力。結合前面的論述可知，在二級閥工作正常的情況下，該壓力即為防滯活門最終輸出至剎車組件的壓力。

圖7 防滯活門一級閥調節螺栓原理圖

順時針旋轉壓力噴腔的調節螺栓可以提高控制壓力，逆時針旋轉壓力噴腔的調節螺栓則會降低控制壓力；逆時針旋轉回油噴腔的調節螺栓可以提高控制壓力，順時針旋轉回油噴腔的調節螺栓則會降低控制壓力。

AMM 手冊并不涉及對防滯活門一級閥的調節，該調節方法一般適用于糾正防滯活門的不正常工作態。無論如何調節，調節螺栓都不可以超出電樞組件的外表面。此類調節方法只能小幅度提升防滯活門的工作性能，僅適用于防滯活門一級閥/電樞組件性能下降后臨時恢復其性能，改善工作水平（對于防滯活門一級閥的滯后打開可能是一種很好的應對措施）。但在應對防滯系統重大故障時，僅做這樣的調節并不能保證防滯活門工作性能完全回復，不建議將此調節方法推廣應用。

5 譯碼數據的趨勢性分析

受益于AirFase 數據監控的不斷完善，譯碼數據的監控在對剎車系統故障的預防性維修中得到了應用。

如圖8 所示，可在飛機每一次落地后讀取這一次著陸的剎車壓力實時數據，包括空地狀態、剎車作動時輪速與地速、管道中剎車壓力、機組何時人工介入剎車系統（自動剎車的工作與否）、反推伸出位置等。其中的大部分數據都可用于故障發生后的逆向推理，如通過自動剎車在故障發生時處于未工作狀態推斷剎車壓力高只存在于人工作動剎車時。因此，哪些數據可以幫助預判防滯系統將發生故障，是研究的主要目標。

圖8 剎車系統譯碼相關數據（故障實時數據）

剎車壓力的改變是最能直觀體現剎車系統存在異常的，但位于防滯活門上游的管道壓力傳感器并不能代表實際剎車的壓力。因此，只能假設在其下游的防滯活門中出現了堵塞或是閥體作動卡滯。如果發生濾子堵塞，根據上文的分析，此時管道中的剎車壓力可能因堵塞濾子的一側發生壓力堆積而得到提升，相對應的結論就是機輪并不會因為濾子堵塞而發生拖胎。

如果是二級閥體作動卡滯，由于防滯活門只會釋放掉一部分壓力油，但因不會再有別的剎車壓力來源，卡滯的二級閥體如果卡在供油端，那么剎車壓力也許會因為堵塞而在管道中推擠上升，但此時供給剎車組件的壓力就非常小；如果卡滯在完全通向剎車壓力油的地方，那么剎車壓力始終與供給壓力一致，也不會導致管道壓力的變化；如果卡在讓供壓端部分供壓的地方，那么剎車管道壓力類似于堵塞的情況，管道壓力小幅上升，剎車組件也會保持在一個恒定的壓力上。

5.1 根據壽命監測情況配合機輪磨損程度進行監測的方法

從MSG-3 飛機維護邏輯來說，只要系統正常，則系統以下部件都是正常的。本次爆胎故障，防滯系統INOP 燈始終沒有點亮，AACU 沒有故障代碼。按此理論分析，防滯系統下屬部件的功能應該是正常的，但不排除部件性能下降。飛機上的機械部件只要送修檢測，按照CMM 手冊要求，絕大部分都是不符合手冊標準的，但這個件在飛機上仍是可用的。本次預防性拆下的3 個防滯活門送修均不滿足CMM 要求，但是飛行中并無故障表現。

從上述對防滯活門部件的測試報告以及波音公司反饋的信息分析，防滯活門的性能下降不能通過功能測試的方法來預防。AMM 手冊中的功能測試只能測兩個極端的情況，兩個極端沒有超過CMM 手冊標準的活門仍可以使用。如果輸出壓力為標準的上限，容易導致剎車的使用循環數降低；反之，如果輸出壓力值為標準的下限，剎車的使用循環數將會延長。

從譯碼看到的是防滯活門上游的液壓壓力，按其工作原理，防滯活門下游的壓力為實際剎車上的壓力，雖然是按照一定比例關系輸出，但是受輪速傳感器電流大小的控制。另外，剎車本身摩擦片的狀態、輪胎狀態、道面平整度、坡度等因素也會影響輪速，通過AACU影響防滯活門上的電流（地面8 節地速以上的時候）。只監控防滯活門上游的液壓壓力值是無法判斷剎車實際壓力的。通過監控防滯活門上游壓力來監控防滯活門的性能是否下降，只能反映部分問題，而且準確率不高。

綜合上述分析可知，飛機落地初速大、人工剎車介入早且剎車壓力過大、剎車距離短、高原，這些因素導致剎車處于“CAUTION”范疇，是本次故障產生的主要因素；剎車防滯活門性能下降是另一個因素。防滯活門性能下降最直接的影響就是對剎車的使用產生逐漸增大的負荷，同時機輪也因剎車保持止動進而產生機輪胎面的磨損。對機輪因磨損而更換的頻率性監測可以有效判斷防滯活門的工作性能，如果再加上對防滯活門的到壽性更換，就可以對防滯活門問題做到早發現、早送廠檢測、早更換，從而有效控制因防滯系統性能衰退導致的故障發生。

5.2 風險點和維護經驗

1）機輪和剎車循環監控是否關系到防滯系統故障，因數據量大，需要人工進行判斷，容易產生疏漏。

2）設定的機輪循環數和剎車循環數不一定合理，國內航空公司多數在摸索階段，隨著報警出現的次數而逐步完善，目前大多航空公司正在以大數據建模的形式開發研究。

3）舊構型的防滯活門存在單個剎車壓力過大的風險，因改裝不經濟，此風險一直存在，但是評估可以接受；防滯系統保留，雖然有飛行操作的提醒以及空地勤交流機制、會商機制等，卻仍然存在操作風險；防滯系統MEL 放行時，應查看飛機輪胎和剎車的更換履歷，如果存在更換頻次偏差較大的情況，應謹慎放行。

總之，防滯活門性能下降導致的防滯系統故障仍然是波音737 機型面臨的重大潛在風險，該活門的性能下降無法通過在翼測試來檢測，也無法通過維修方案來有效預防，爆胎或者脫胎是多數航空公司遲早要遇到的重大隱患，希望上述研究內容對工程管理者或可靠性管理者有所幫助。