起落架收放系统典型故障研究

卢磊,李天生,李运涛

摘要：近年来，某大型运输机在降落滑跑中多架次出现飞机抖动现象，影响了正常训练任务，初步判断是起落架发生了摆振故障。起落架摆振故障会引起机身的剧烈抖动，严重影响驾驶员的正常操纵，甚至大大降低了起落架结构的使用寿命，是一种非常有害的自激振动，必须加以制止。针对设计给定参数情况下的起落架摆振稳定区，通过分析找出使用维护中影响临界摆振状态稳定区的主要结构参数变化规律和典型故障，对于起落架防摆振有着重要的意义。

关键词：起落架；收放系统；故障研究

引言

具有良好性能的飞机防滑刹车系统(aircraft anti-skid braking system,AABS)是成功完成飞行任务的关键,它与飞机和机组人员的安全密切相关。随着航空工业的快速发展,对大吨位高速度飞机的需求越来越大,该类型飞机的着陆过程对AABS提出了更高的性能要求.此外,AABS是强非线性、强耦合的,并且易受跑道环境在内的许多不确定性因素影响,这使得AABS控制器设计十分具有挑战性。

１系统概述

该型飞机的起落架系统为可收放的前三点式起落架。完成起落架收放功能的部件及系统主要有起落架选择手柄、专用液压控制系统组件（包含液压泵、液压泵电机马达、继电器、压力电门、液压蓄压器、收上及放下电磁电门等）、前起落架收放作动筒、主起落架收放作动筒、起落架支柱组件。起落架的收放动作的完成需要液压系统保持一定的压力，主要的作用部件是系统压力电门。如果系统内的压力低于９６．５ｂａｒ（１４００ｐｓｉ）时，压力电门使液压泵电路接通，液压泵工作，给系统打压；当系统内的压力高于１１３．８ｂａｒ（１６５０ｐｓｉ）时，压力电门断开，液压泵停止工作；因此压力电门的通断使泵按需工作，用于将系统的压力保持在１４００－１６５０ｐｓｉ，液压蓄压器将维持系统压力无需液压泵工作，以满足起落架收放功能的正常实现。液压油路的流向由收上及放下电磁电门来控制。收上电磁活门通电时，接通液压泵到收放作动筒活塞收上侧的油路，断电时，接通收放作动筒活塞收上侧到液压油存储罐的油路。放下电磁活门通电时，接通收放作动筒活塞放下侧到液压油存储罐的油路，断电时，接通液压泵到收放作动筒活塞放下侧的油路。起落架收放作动筒在相应的起落架舱内，系统正常工作时，起落架收放作动筒利用液压油压力收放飞机起落架。每个起落架支柱都有一个收放撑杆，固定在起落架支柱和周边结构上的收放撑杆打开和锁住放下位置的支柱。弹簧作动闭锁机构托住机械锁位置的收放撑杆。起落架的正常放下和收起通过飞机驾驶舱仪表板上的起落架选择手柄电气操纵，由飞机的主液压系统来完成。起落架液压系统将起落架保持在收上位置；当起落架放下时，通过下位机械锁锁定在放下位。起落架的位置状态是通过靠近起落架选择手柄仪表板上的四个ＬＥＤ指示灯来显示。

2节流活门的组成和工作原理

节流活门安装在前起落架上，在不使用前轮转弯操纵系统时，它与转弯作动筒一起构成减摆装置。当前轮转弯操纵系统工作时，节流活门把操纵前轮转弯油路和转弯作动筒连接起来，实现前轮转弯操纵。节流活门主要由壳体、套筒、分流活门、活塞和弹簧等组成。在前起落架上，节流活门的C和D端口连接架转弯作动筒的两个腔，A和B端口连接转弯操纵油路。飞机在地面运动，不使用前轮操纵系统时，转弯作动筒两腔通过C和D管嘴孔之间的节流信道构成减摆装置，可以消除前轮在滑行过程中所发生的“摆振”现象[8]。当使用前轮转弯操纵系统时，压力油由A管嘴进入节流活门的E腔，克服右侧弹簧张力，推动分流活门4及左侧的活塞3整体向右移动至极限位置。当分流活门移动到右极限位置时，柱塞上的凸肩封死C和D孔之间的节流通道，将转弯作动筒两腔断开，同时将D和B连通，C和A连通，压力油进入转弯作动筒，可实现前轮转动的速度要求[9

3故障原因描述

将应急放手柄重新推至收上位的过程分为两个阶段：一是将应急放活门从全开位（微动电门脱开、通断机构打开）转动至微动电门作动位置，钢丝可以推动摇臂转动。二是微动电门作动位置至通断机构关闭位置，应急放手柄继续转动时，由于两个机构连接点中间段的钢丝总长度已增加且钢丝本身具有的柔韧性，所以应急放手柄推动过程中不足以使钢丝继续推动应急放活门摇臂，导致此过程中钢丝只能在管套内发生轻微的弯曲形变（对应推应急放手柄带有间歇性阻力），应急放活门操纵摇臂停留在微动电门作动位置而不能继续转动，即通断机构不能关闭，液压系统应急放活门始终为通路，系统不能建压收起起落架。机务人员重新安装该飞机应急放手柄压紧螺钉，调节该机应急放手柄钢丝位置，检查整个操纵行程正确，完成起落架正常收放和应急放功能测试，确认此时起落架收放系统工作正常。

4起落架收放系统典型故障控制策略

4.1起落架数字孪生模型自更新

为应对传统基于模型的健康管理方法所存在模型固化的问题，本文采用基于强化学习算法的孪生模型自更新方法，将模型跟踪问题视为实时参数更新问题，以保持与真实系统的镜像一致性。在本文起落架应用场景下，真实系统向孪生模型提供循环输入值与传感输出量，孪生模型通过强化学习算法在最优控制策略指导下更新调节相关健康表征参数，使得孪生模型有效跟踪真实系统响应，完成物理世界对孪生模型的交互；孪生模型在缩小与真实系统的响应偏差后，可以继续提供最新时刻的系统状态估计，为故障预测任务提供准确、可靠、实时的系统健康信息，从而为视情维修等进一步的健康管理任务提供决策支持，完成孪生模型对物理世界的交互。以往关于参数标定的研究大多从控制领域或统计领域发展起来的概率或估计方法出发，但这些方法普遍存在基础模型不完整计算成本过高，效率低等多方面的问题；近年来基于数据驱动的端对端映射方法解决了效率问题，但其把跟踪问题转化为有监督学习，过分依赖于训练数据集的质量与体量，且在新场景应用时需要重新训练，在大规模系统级应用或存在较大测量噪声的条件下表现一般。

4.2纠正措施

为避免胶圈在穿过分流活门φ10孔时被锐边损伤，可优化装配过程，在装配过程采用过渡套保护胶圈。过渡套通常为锥头杆状结构，在胶圈套装前，先在其表面均匀涂抹产品试验介质，再将胶圈套在锥头杆上，用手推方式将胶圈推向胶圈槽内。考虑到节流活门特殊的结构特性，可首先通过过渡套将分流活门的左侧的胶圈7、8和带胶圈的活塞安装到位，再将活门小组件从套筒中从左至右安装。安装右侧胶圈7时，将胶圈7套装在过渡套上，利用其附件推杆将胶圈推向盲孔胶圈槽内，就可有效避免胶圈7或胶圈8在通过套筒上的孔口锐边时发生切伤。实际装配过程中，为减少胶圈安装阻力，会在胶圈表面喷涂产品的试验介质，因此装配后会不可避免地在φ3mm孔处的盲腔内留存少量油液。待节流活门各项验收试验完成后，可使用5mL注射器向φ3mm排气孔内喷射工业酒精或工业汽油，用于清除盲腔内残留的航空液压油，并待组件自然晾干后方可安装至起落架。

结束语

通过对故障起落架设计结构参数影响分析研究，识别出飞机起落架使用维护中易发生变化且对摆振稳定性有较大影响的参数，可有效指导对飞机滑跑摆动故障的机理认知；同时经故障树分析和排除效果验证进一步判定，故障根本原因是起落架结构间隙总位移超差和形位尺寸调整不当，造成相关起落架结构参数发生改变而引发其“机械摆振”。工厂和用户在深化故障研究基础上，完善修定飞机起落架修理工艺标准和外场维护预防深度检查措施，共同建立针对飞机起降滑跑摆动故障外场维护保障合作机制，对保证该型航空装备机群完好率和任务出勤率意义重大。

参考文献

[1]杨雷恒.某型飞机起落架收放故障分析及预防[J].内燃机与配件,2020(15):161-162.

[2]杜小运.起落架气密试验装置的设计[J].电子设计工程,2020,28(15):65-69.

[3]刘杭,张毅.某型机起落架应急放下压力、时间超差分析[J].科技创新与应用,2020(23):70-71.

[4]陈擎宙,孙有朝,张燕军,杜方舟.运输类直升机起落架未放下风险研究[J].航空计算技术,2020,50(04):42-45.

[5]孙倩,吕镇邦,沈新刚.起落架健康管理综合验证方法[J].航空计算技术,2020,50(04):117-120+124.