飞机油门手柄工作状态异常回弹故障分析

飞机油门手柄工作状态异常回弹故障分析

田凯乐  张金元  王帅

中航西安飞机工业集团股份有限公司

摘要：本文通过飞机油门操纵系统原理分析出现油门手柄异常回弹的故障原因。分析中采用故障树对可能引发故障的底事件进行列举，并给出故障的排查方法，为今后此类故障的排除提供有益的借鉴。

关键词：油门手柄，回弹，故障树

1背景

飞机在进行地面发动机试车时，将油门手柄推到自始转速附近时，油门手柄存在向慢车方向缓慢回弹的现象。油门手柄在正常工作状态出现回弹会改变发动机工作状态，在飞行过程中造成发动机推力减小，影响地面试车和飞行安全，增加飞行员操纵工作量。本文对飞机油门手柄异常回弹的故障进行深入分析，并给出故障排查措施，为今后此类故障的排除提供有益的借鉴。

2飞机油门操纵系统组成及工作原理

飞机油门操纵系统包括飞机操纵传动系统和发动机传动系统两部分。飞机操纵传动系统通过手动操纵座舱内的中控台油门手柄，带动操纵轮盘，由钢索传动系统，传动至末端滑轮，短舱拉杆一端和末端滑轮相连，另一端和主动滑轮相连，将扭矩传至主动滑轮。发动机传动系统是从主动滑轮开始，扭矩通过发动机上的传动钢索系统传至凸轮拨叉组件上的滑轮，然后通过油门拉杆将扭矩传递到油泵调节器的油门摇臂，控制油门的大小。

3故障描述

飞机在发动机地面试车检查油门状态，油门手柄从慢车位置推至自始转速附近松开油门手柄，油门手柄向慢车方向缓慢转动，发动机转速随之逐渐下降。正常情况下油门手柄推拉至任意工作位置，油门手柄稳定，无回弹现象，发动机转速稳定。因此油门手柄在工作位置出现异常回弹故障。

4故障树分析

针对飞机油门手柄异常回弹故障，对油门的操纵轮盘进行静力学分析。①为方便受力分析，选取油门手柄操纵轮盘和固定在轮盘上的钢索整体为研究对象；②将油门手柄操纵轮盘和钢索简化为如图1(a)所示的力学模型，增油钢索一端固定在轮盘点，从轮盘上绕出，减油钢索一端固定在轮盘点，从轮盘下绕出，为光滑铰链约束，轮盘视为均质圆盘，半径为，钢索视为轻质钢索；③对轮盘和钢索整体受力分析，如图1(b)，易知为平面汇交力系，钢索沿其运动方向受拉力、,轮盘自重为，光滑铰链的约束力；④以为原点建立直角坐标系，进行平面力系简化，求出主矢和主矩： 、

图2轮盘和钢索受力分析

将油门手柄推至所需工作位置，松开油门手柄后，正常情况下油门手柄会处于静止状态，即和；当油门手柄回弹，轮盘顺时针旋转，即和，则，说明松开油门手柄后增油钢索受拉力作用。

针对飞机油门手柄回弹故障，通过油门操纵系统组成及原理结合操纵轮盘受力分析，列出可能造成油门手柄异常回弹的原因，建立排查故障树，并逐项排查分析，如图2。

图2故障树

4.1油门操纵系统紧涩卡滞，滑轮变形

支撑滑轮，换向滑轮，主动滑轮，油门拉杆等是油门操纵系统的重要组成部分，当滑轮或拉杆出现紧涩卡滞时，推油门手柄移动一个角位移，其中油门手柄的一部分角位移是由增油钢索的弹性变形弥补的，松开油门手柄，增油钢索的张力会大于减油钢索。

当滑轮出现变形后，推动油门手柄移动一个角位移，同一滑轮组的增油钢索或减油钢索的位移量不相等，当增油钢索的位移量大于减油钢索时，增油钢索需要用较大的弹性变形来弥补多出减油钢索的位移量，此时增油钢索张力会大于减油钢索的张力，松开油门手柄后增油钢索会拉动手柄向慢车方向转动。

4.2油门钢索张力偏小

油门操纵系统的钢索张力的大小会影响油门手柄操纵力的大小。当油门钢索的张力偏大时，钢索对滑轮组的压力会增大，油门操纵系统的最大静摩擦力也随之增大，油门手柄在某个工作位置时平衡难以打破。当油门钢索的张力偏小时，钢索对滑轮组的压力会减小，油门操纵系统的最大静摩擦力也随之减小，油门手柄在某个工作位置时平衡状态容易被破坏。因此，油门钢索张力偏小时，油门手柄容易出现转动现象。

4.3试车时飞机与发动机出现相对位移

发动机安装方式为吊挂梁式，主要由前、后吊挂梁及其主辅拉杆将发动机固定到飞机上，发动机前端通过橡胶挡风环与飞机连接。在地面试车过程中，飞机相对于地面静止，油门手柄从慢车推向起飞的过程中，发动机推力逐渐增加，由于吊挂梁与发动机安装存在配合间隙，同时吊挂梁在其推力的作用下产生弯曲变形，导致发动机相对飞机沿航向前移动。飞机油门操纵系统中末端滑轮固定在飞机上，主动滑轮固定在发动机上，通过垂直于航向的短舱拉杆连接。因为飞机与发动机有相对位移，造成主动滑轮和末端滑轮之间的距离增大，短舱拉杆长度不变，则短舱拉杆将主动滑轮向慢车方向拉，或将末端滑轮向慢车方向拉，当末端滑轮向慢车方向转动时，飞机操纵系统的增油钢索受到拉力，油门手柄向慢车方向转动。

4.4燃油泵调节器回弹力距偏大

发动机工作过程中，当飞机油门操纵系统的最大静摩擦力不足与平衡燃油泵调节器在的回弹力矩时，会导致燃油泵调节器上的油门摇臂向慢车方向转动，通过油门操纵系统拉动油门手柄向慢车方向转动。

5故障排查

5.1油门操纵系统紧涩卡滞，滑轮变形排查

发动机停车状态检查油门操纵系统滑轮、拉杆运动灵活，滑轮均未变形。油门操纵系统紧涩卡滞，滑轮变形底事件可以排除。

5.2油门钢索张力偏小排查

对油门操纵系统的增、减油钢索张力进行测量。按当时环境温度测量增、减油钢索张力均符合技术文件要求。测量油门手柄从慢车推到起飞的最大操纵力符合符合技术文件要求。因此，油门钢索张力偏小底事件可以排除。

5.3试车时飞机与发动机出现相对位移排查

将短舱拉杆从主动滑轮连接处断开，用拉力计分别在短舱拉杆处从起飞拉回慢车测量飞机油门传动系统拉力；用拉力计在主动滑轮处从起飞拉回慢车测量发动机传动系统拉力。测量后发现飞机油门传动系统拉力大于发动机传动系统拉力，所以当发动机与飞机出现相对位移时，油门拉杆会优先拉动主动滑轮转动，末端滑轮不会出现明显转动。因此，试车时飞机与发动机出现相对位移导致油门手柄回弹的底事件可以排除。

5.4燃油泵调节器回弹力距偏大排查

更换发动机的燃油泵调节器后试车，油门手柄异常回弹明显改善。因此燃油泵调节器回弹力矩偏大导致油门手柄出现异常回弹。

6 排查结论

综上所述故障树排查分析，确定油门手柄在自始转速附近异常回弹的根本原因为燃油泵调节器回弹力矩偏大所导致，更换燃油泵调节器后故障现象明显改善。

7结束语

    本文通过对飞机油门手柄在试车过程中异常回弹故障进行全面分析，逐个分析了①油门操纵系统紧涩卡滞，滑轮变形，②油门钢索张力偏小，③试车时飞机与发动机出现相对位移，④燃油泵调节器回弹力矩偏大这4个故障原因，由简到繁依次进行故障排查，最终确定故障原因为燃油泵调节器回弹力矩偏大导致油门手柄出现异常回弹。