请选择 进入手机版 | 继续访问电脑版

机务在线

搜索
查看: 532|回复: 5

[27飞行操纵] 巧用力学分析排除疑难故障

[复制链接]

22

主题

402

帖子

459

积分

机务学徒工

Rank: 3Rank: 3

积分
459
发表于 2018-11-16 21:57:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
巧用力学分析解除一起飞控系统疑难故障
Relieving AProblem Of Flight Control System With Force Analysis

摘要:一直以来,波音公司都以其737NG飞机的飞控系统设计为荣,因多年的实践证明其故障率极低,这也导致了相关领域的故障处理经验较少。在面对一次飞控疑难故障时,发现了机队中也存在不少类似的异常现象,最终,经过多方工程师的合力研讨,巧用物理力学分析方法使故障得以排除。

关键词:力学分析;飞控系统;故障
Keywords:ForceAnalysis;Flight Control System;Problem

0 背景
某日航后一架波音737-800飞机落地后,机组反映,机长侧驾驶盘顺时针旋转至接近止动位时有异响。机务测试检查发现,机长侧驾驶盘转动接近极限位时,有明显的卡阻并伴有轻微类似钢索拉紧的声音;但是在操纵副驾侧驾驶盘到左或右极限位过程中,在机长和副驾侧座位处均未发现此异响。对比其他几架飞机,都存在同样的现象。

1 故障处理过程
波音737NG飞机飞控系统从设计上而言,可靠性非常高,多年以来涉及到飞控系统的故障极少,这也是波音公司对737NG飞机在经过多次改装升级之后依然对飞控系统没有较大改动的原因所在,所以,对于相关的故障在厂家提供的故障隔离手册中并没有给出相应的具体处理方案,工程师们只能按照经验尝试提出解决办法。

工程师先检查了机长侧驾驶盘下部副翼控制鼓轮无异常,传动机构正常无卡阻。在转动驾驶盘过程中发现驾驶盘与驾驶杆上端连接处齿轮与衬套组件附近声音较大,润滑齿轮及花键;检查驾驶盘导线缠绕正常,导线无磨损,无卡阻。恢复后,操作测试发现异常情况依旧存在。

检查前电子舱内两侧驾驶杆同步钢索正常无缺陷,张力正常。测量副翼机身段钢索张力,温度6℃,AA=135,AB=102,均在范围值内。按手册测试校装孔:A/S-1、A/S-1A、A/S-15、A/S-3和A/S-4,均符合标准。检查主轮舱内副翼控制机构,定中机构,未发现转轴生锈,卡滞等异常情况。

同时,在此期间检查了多架波音737NG飞机,也有部分飞机存在同样的问题,到此,故障还是没有得以排除。

之后,将该情况向波音反映,寻求厂家支援。持续了一个星期,波音回复未收到过类似故障报告,建议分解驾驶杆内部结构,进行详细检查检查。

在此期间,工程师们组织了多方研讨,结合驾驶盘的操作原理以及力的传递和力的作用,采用简单的力学分析,最终发现了故障点,故障点恰好就是力的作用点,对故障点进行处理后,故障才得以排除。

2 故障处理分析
2.1 简单的力学原理
牛顿力学提到,一切物体在没有受到外力作用或所受合力为零时,物体将保持一个稳定的状态,即总保持静止状态或匀速直线运动状态;要使物体改变运动状态,则必然要有外力或合力不为零的情况存在。

当外力作用在物体上时,不管物体形状、大小如何,总有一个力的作用点,且所有作用在该物体上的力,包括正向力、摩擦阻力等等,均集中在这个力的作用点上并形成一个合力,当合力为零时,物体将保持稳定状态;当合力不为零时,物体将以力的作用点为中心沿着合力的方向有一个相对运动的趋势。

同时,力可以在介质中传递,可以从一个物体传递到另一个物体。

2.2 故障分析
1.jpg
波音737NG飞机位于驾驶舱用于控制横滚和俯仰操作的控制机构主要由驾驶盘和驾驶杆组成,驾驶盘位于驾驶杆之上,机长侧和副驾侧各一套,如图1所示。

驾驶员通过顺时针和逆时针转动驾驶盘控制副翼的作动,来实现飞机的横滚操作;通过推拉驾驶杆操作升降舵,以实现飞机的俯仰操作。

当转动机长侧驾驶盘时,转动驾驶盘的力会通过位于驾驶杆内的输入轴传到位于驾驶杆下部的副翼控制鼓轮(aileron bus drum);转动副驾侧驾驶盘时,转动驾驶盘的力会通过位于驾驶杆内的输入轴传到位于驾驶杆下部的副翼控制同步鼓轮(bus drum)和同步钢索,副翼控制同步鼓轮转动,同步钢索受力,使得输入的力通过副翼控制同步鼓轮和同步钢索传到机长侧的副翼控制鼓轮。作用在副翼控制鼓轮上的力再让副翼控制鼓轮转动,将力传递到位于机身左侧的副翼控制钢索,通过钢索和控制连杆将力传送到副翼PCU(power control units),PCU再作动相应的机构使副翼作动,以实现横滚控制。
2.jpg
安装在驾驶杆底部的一套副翼控制同步鼓轮和同步钢索,在转动机长侧驾驶盘实现对副翼的操作时,通过副翼控制同步鼓轮和同步钢索将机长侧驾驶盘的扭转力传到副驾侧的副翼控制同步鼓轮,使得此时副驾侧的驾驶盘可以随动。当转动副驾侧驾驶盘时,在正常操作中,是通过副驾侧副翼控制同步鼓轮和同步钢索带动机长侧副翼控制同步鼓轮和副翼控制鼓轮转动,实现对副翼操纵的同时,也使得机长侧驾驶盘随动。
3.jpg
当推拉机长侧驾驶杆时,驾驶杆会移动升降舵前扇形盘和升降舵控制钢索,将力通过钢索和连杆传递到升降舵PCU(power control units),升降舵PCU再作动相应的部件以实现俯仰操作。与此同时,因机长侧驾驶杆与副驾侧驾驶杆底部通过前输入扭力管(forward input torque tube)刚性连接,如图3,则在推拉机长侧驾驶杆时,副驾侧驾驶杆也会随动。反之,推拉副驾侧驾驶杆时,效果亦然。

因此,通过以上分析,驾驶杆底部连接处在横滚控制时可以实现水平方向的转动以带动相应的鼓轮转动;在俯仰控制时,可以实现垂直方向的转动,则必然存在一个万向接头机构,各方向的转动均绕着这个万向接头机构为中心得以实现。同时,该万向接头机构,也是驾驶杆推拉力和驾驶盘扭转力的集中点和传播点,即力的作用点。
4.jpg
通过手册分析对比,驾驶杆下部确实存在这样一个万向接头机构,如图4,主要由位于驾驶杆最下段扁平端的一个接头平台(PLATE)和叉型的接头(FORK)以及相应的轴承将驾驶杆与控制鼓轮组件的轴连接,通过这些部件的配合实现多方向转动。当转动驾驶盘时,力在这里集中并从这里传递。下面来分析,当转动驾驶盘时,位于机长侧此处的受力情况。

当转动机长侧的驾驶盘时,转动驾驶盘的外力通过驾驶杆内的输入轴向下传到该处,输入轴转动接头平台,接头平台带动叉型接头将扭转力传到副翼控制鼓轮和副翼控制同步鼓轮(两个鼓轮同轴连接)并带动鼓轮转动。此时,接头平台和叉型接头所组成的万向接头即为力的作用点和传递点,定义为O点。转动机长侧驾驶盘,从机长侧驾驶盘传递到O点的力定义为F1;同时,副翼控制鼓轮的转动带动副翼控制钢索和连杆实现副翼系统作动,则会有一个系统阻力作用在O点上,定义为F2;副翼控制同步鼓轮转动,使得副驾侧驾驶盘随动,则有一个来自副驾侧驾驶盘的阻力作用在O点上,定义为F3。机长侧驾驶盘实现转动,会有F1=F2+F3。

当转动副驾侧驾驶盘,副驾侧副翼控制同步鼓轮带动机长侧副翼控制同步鼓轮和副翼控制鼓轮转动,副翼控制同步鼓轮的转动在O点处带动机长侧驾驶杆内的输入轴转动,以实现机长侧驾驶盘的随动,也就是说,此时O点需要克服机长侧驾驶盘的自身阻力,即此时有一个来自机长侧驾驶盘的阻力F4作用在O点上,只需要克服这个力,机长侧的驾驶盘就会随动,所以,在该状态下,O点有且只有一个F4的存在。

简单地说,当转动副驾侧驾驶盘时,只有F4一个力作用在机长侧的O点上;而转动机长侧驾驶盘时,有F1、F2、F3三个来自三个方向的力作用在机长侧的O点上。

通过以上分析,当转动机长侧驾驶盘和转动副驾侧驾驶盘时,位于机长侧驾驶杆下部的万向接头机构受力情况不一样。结合背景事件,转动机长侧驾驶盘到一定角度时有卡阻并伴有异响,而转动副驾侧驾驶盘时则不存在该异常现象。由此推论,是否该万向接头机构因不同的受力情况所产生的摩擦不同而导致了故障的出现。

5.jpg
工程师从飞机前电子设备舱接近机长侧的万向接头机构,目视发现在接头平台和叉型接头之间积聚了大量的灰尘,使如图5所示。初步判断,正常情况转动机长侧驾驶盘时此处所受到的阻力较大,再加上此时灰尘的大量聚集,极大地增加了该点的活动阻力从而增加了摩擦,由此导致了卡阻和异响;而转动副驾侧驾驶盘时,此处只受到机长侧驾驶盘的阻力,阻力相对较小,摩擦较小,没有产生异响。工程师使用润滑剂对该部位清洁润滑后,转动机长侧驾驶盘,卡阻和异响消失。同时,工程师对之前发现有类似现象的几架飞机进行同样的处理,操作测试,异常情况均消失,故障得以排除。

3 经验总结
遇到传送机构异响,凡是能从驾驶舱听到异响时,一般首先考虑从驾驶盘及地板下部控制机构入手,主轮舱部件应放在后续再考虑,因主轮舱距离驾驶舱较远,主轮舱部件卡阻产生的轻微异响不会如此明显地传到驾驶舱区域。

在排故中要把握好关键信息,对出现的差异信息进行对比,针对转动机长和副驾侧驾驶盘的现象不一致切中要害。

机械传力机构的排故,在严格依据手册施工的同时,可以借用物理力学分析方法,两者巧妙地结合经常会收获事半功倍的效果。

鉴于排故过程中发现该故障的普遍存在,且在波音的维修方案中并没有对相关部件的检查和润滑方案;同时,在日常航线维护中该部件较难接近,只能采用喷雾的形式进行清洁和润滑,此手段只是短时间的缓解措施。查询维护方案,未发现关于万向节Plate和 Fork连接处的定期检查或者相关维护程序,航司已经建议波音出台相关标准文件去针对这个故障,并建议将清洁和润滑工作加入到定期的检查维护项目。在检查万向节Plate和 Fork的连接处时,发现连接处存在积尘、污染,而且位置难以接近,只能使用喷雾润滑剂清洁,但是这样的处理只能作为临时处理方案。可靠性部门之后会就此类问题展开普查和调研,后期在必要时提出相关维护方案。

参考文献:
[1] Boeing. B737-700/800 AIRCRAFTMAINTENANCE MANUAL[Z].2017.

评分

参与人数 1机务币 +100 收起 理由
ljj + 100 我分享,我快乐!

查看全部评分

来自安卓客户端来自安卓客户端
回复

使用道具 举报

250

主题

2569

帖子

3243

积分

助理工程师

Rank: 7Rank: 7Rank: 7

积分
3243

东航中国民航大学在线王实名认证人气写手荣誉顾问解疑达人

发表于 2018-11-17 18:02:11 | 显示全部楼层
不错的排故思路,学习了
来自安卓客户端来自安卓客户端
欢迎关注微信公众号:阮工频道
回复 支持 反对

使用道具 举报

78

主题

430

帖子

740

积分

机务正式工-无执照

Rank: 4

积分
740

实名认证

发表于 2018-11-17 22:32:42 | 显示全部楼层
学习了!非常感谢!
来自苹果客户端来自苹果客户端
回复 支持 反对

使用道具 举报

2

主题

48

帖子

420

积分

机务学徒工

Rank: 3Rank: 3

积分
420

中国民航大学东航

发表于 2018-11-20 10:43:06 | 显示全部楼层
分析得很细致。
回复 支持 反对

使用道具 举报

5

主题

181

帖子

124

积分

见习机务员

Rank: 2

积分
124
发表于 2018-11-20 13:10:58 | 显示全部楼层
分析得非常到位!
回复 支持 反对

使用道具 举报

2

主题

23

帖子

399

积分

机务学徒工

Rank: 3Rank: 3

积分
399
发表于 2018-11-26 15:29:37 | 显示全部楼层
机械方面排故的思路非常清晰,学习了
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

快速回复 返回顶部 返回列表