Cessna172R飞机方向舵操纵系统钢索故障分析

2018-01-09易思云

科技资讯 2017年31期

易思云

摘要：Cessna172R飞机飞行操纵系统钢索的故障，特别是方向舵操纵钢索的故障，是Cessna172R型飞机最常见的、严重影响飞行安全的多发性故障之一，严重威胁了飞机的飞行安全。本文对Cessna172R飞机方向舵操纵系统钢索在检查中发现的故障进行分析，结合磨损理论，旨在找到最常见故障的萌发原因，并且通过总结维修实践中的经验，制定有效的预防措施，提高钢索使用寿命，确保飞行安全。

关键词：Cessna172R飞机方向舵操纵系统钢索故障

中图分类号：V277 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）11（a）-0080-02

飞行操纵系统是飞机上用来传递操纵指令、驱动舵面运动、控制飞机的飞行姿态的系统。Cessna172R型飞机操纵系统采用软式传动方式。软式传动具有重量相对较轻、容易安装和布局、便于绕过障碍、利于远距离传递机械信号等优点。软式传动机构由钢索、滑轮、摇臂、导向装置、松紧螺套等组成。由于钢索只能承受拉力，所以必须构成钢索回路，以实现操纵面的双向传动。钢索在使用当中常见的故障包括断丝、锈蚀、磨损、腐蚀、压伤、变形等，Cessna172R型飞机飞行操纵系统钢索最常见的故障是磨损、断丝。

方向舵操作系统是飞行操纵系统的重要组成部分，是主操纵系统，提供飞机的偏航操纵。驾驶员蹬脚蹬操纵飞机使其绕垂直轴偏航做偏航运动。

自2013年开始到目前，某飞行学院飞机修理厂已完成60余架Cessna172R型飞机的10000小时定期检修，这60余架飞机超过50%的方向舵操作系统钢索存在因钢索磨损断丝超标而进行更换钢索的情况。本文根据这些Cessna172R飞机方向舵操作系统钢索磨损断丝情况，总结出最常见的故障，并且进行分析，查找故障多发原因，并制定有效的预防措施。

1 Cessna172R型飞机方向舵操纵系统

Cessna172R飞机方向舵操纵系统由脚蹬机构、钢索、滑轮、回输弹簧和相关连接件组成，系统各部件通过相互连接组成一个闭环回路（见图1）。Cessna172R飞机方向舵操纵系统钢索有两根，一根主动，另一根被动受力，当蹬脚蹬操纵方向舵偏转时，脚蹬拉动两根方向舵操纵钢索的其中一根绷紧运动，这根钢索连接方向舵，使方向舵受力偏转，方向舵又使另一根被动钢索受力，被动钢索把力传递到回输弹簧，使回输弹簧拉伸，方向舵完成偏转。而钢索张紧程度是通过调节脚蹬枢轴到前防火墙的距离来进行设置的，通过调节钢索的长度改变回输弹簧的长度，进而改变弹簧弹力达到改变钢索张力的目的。Cessna172R飞机AMM手册规定脚蹬枢轴到前防火墙的标准距离是6.5英寸（16.51cm）。

2 Cessna172R飞机方向舵操纵系统的故障

Cessna172R飞机方向舵钢索在整个行程上在三处地方有滑轮支撑，分别为脚蹬下面、机身的飞机站位FS108隔框处和飞机尾舱飞机站位FS142.00处。方向舵钢索在脚蹬处未发现磨损或断丝，在机身FS108隔框滑轮处有少量飞机的钢索发现轻微磨损。方向舵操纵钢索磨损断丝最严重的位置为飞机尾舱飞机站位FS142.00滑轮处，而方向舵钢索因磨损断丝超标而更换也全都是因该故障（见图2）。

经测量发现，Cessna172R飞机方向舵钢索在机身尾舱飞机站位FS142.00滑轮处，钢索磨损量为3～6股（沿钢索长度方向），磨损长度1.5cm左右，方向舵钢索全行程移动量约3.5cm（见图3）。并且发现当方向舵操纵系统的脚蹬枢轴到防火墙的距离小于标准距离6.5英寸时，钢索一般都会发生较为严重的磨损，而且存在距离越小钢索磨损越严重的趋势。因方向舵操纵系统的脚蹬枢轴到防火墙的距离直接控制着方向舵钢索的张力，所以可以理解为当方向舵操纵钢索的张力小于标准张力时，钢索在飞机尾舱飞机站位FS142.00滑轮处就会发生较为严重的磨损，而当钢索张力越小，磨损越严重，钢索磨损断丝超标的周期越短。

3 Cessna172R飞机方向舵钢索在飞机站位FS142.00滑轮处磨损最严重的原因分析

Cessna172R飞机方向舵钢索存在的磨损主要原因为接触疲劳磨损和微动磨损。接触疲劳磨损是指在循环交变接触应力长期作用下所引起的表面疲劳剥落现象。微动磨损是机件配合处，接触表面之间虽然没有宏观相对位移，但在外部变动载荷和震动的影响下却产生小幅震动而出现的复合形式磨损。下面对应这两种磨损分析比较方向舵操纵钢索在三处滑轮处的磨损。

Cessna172R飞机方向舵操纵钢索在脚蹬下面经过一组滑轮。该处滑轮大幅改变钢索传动方向，使钢索与滑轮沿滑轮的周向接触距离较长，接觸面积较另两处滑轮大，而且钢索在此滑轮处距离钢索与脚蹬接头距离很近，因此钢索震动幅度很小，钢索承受的交变应力相对也很小。所以钢索在该处几乎没有接触疲劳磨损和微动磨损。

Cessna172R飞机方向舵操纵钢索在机身的飞机站位FS108隔框滑轮处和飞机尾舱飞机站位FS142.00滑轮处的跨度都较大，但是钢索在飞机站位FS142.00滑轮处的磨损比在飞机站位FS108隔框滑轮处的磨损要严重很多，导致这种现象的发生有以下原因：蹬脚蹬操纵方向舵偏转时，主动钢索张力增大，拉动方向舵偏转，而钢索与方向舵的接头的运动方向与钢索传动方向多不在一条直线上，因此会使钢索产生摆动。由于方向舵操纵系统在方向舵下部用限动钉限动，因此当方向舵运动到限动位时钢索会产生较为剧烈的震动。而且钢索的震动幅度随着操纵力的增大而增大。震动会造成钢索在飞机尾舱飞机站位FS142.00滑轮处产生较大的交变应力。而因钢索的震动能量在飞机站位FS142.00滑轮处已经大部分被消耗，所以在机身的飞机站位FS108隔框滑轮处的震动很弱，因而钢索在此处承受的交变应力较小。所以钢索在飞机站位FS142.00滑轮处的接触疲劳磨损较为严重。飞机在飞行过程中，方向舵会受到气动力的影响而发生幅度微小的摆动，这时由于钢索连接着方向舵，也会造成钢索的微小震动。而钢索的这个微小震动的大部分能量也是在飞机站位FS142.00滑轮处消耗，而传递到飞机站位FS108隔框滑轮处的能量也很少。所以方向舵钢索在飞机尾舱飞机站位FS142.00滑轮处会受到较严重的微动磨损。

经以上分析可以得出以下结论：Cessna172R飞机方向舵操纵系统钢索的磨损主要受震动的影响。钢索在脚蹬下面的滑轮处由于钢索的跨度小，几乎没有震动，所以未发生磨损；钢索在机身的飞机站位FS108隔框滑轮处的震动很小，所以只发生了很轻微的磨损；钢索在飞机尾舱飞机站位FS142.00滑轮处由于跨度大，并且吸收了大量的震动能量，所以磨损最严重。

4 Cessna172R飞机方向舵操纵系统钢索的改装建议和维护经验总结

4.1 改装建议

（1）在脚蹬处加装方向舵操纵系统限动装置。

（2）在飞机尾舱加装滑轮组，减小钢索跨度。

4.2 维护经验总结

（1）更换钢索前应检查钢索有无制造缺陷。

（2）换季检查或结构修理时应仔细检查，严格执行Cess na172R飞机AMM手册规定的检查标准与要求。

（3）维护过程中应注意润滑滑轮，确保滑轮能自由转动。检查过程中如果发现滑轮磨损程度较大，应更换滑轮。

（4）换季工作或更换钢索后必须按照Cessna172R飞机AMM手册的规定调整钢索张力，即调整脚蹬枢轴到防火墙距离为6.5英寸。

参考文献

[1] 王振廷，孟君晟.摩擦磨损与耐磨材料[M].哈尔滨工业大学出版社，2013.

[2] 阎成鸿.CESSNA172R型飞机机型培训教程[M].航空工业出版社，2008.