飞机操纵钢索线系张力调整

飞机操纵钢索线系张力调整

戴霜强   魏奇   郑康

陕西飞机工业有限责任公司  陕西汉中  723213

摘要：随着科技水平的进步，飞机操纵系统被不断优化，该系统能将控制信号传递到飞机操纵执行系统，控制飞机轨迹、航向以及姿态等。而且操纵钢索属于飞机操纵系统的重要部件，其优点众多，被广泛应用，该部件能在电传系统失灵时，确保飞机安全降落。本文主要阐述飞机操纵备份机械系统中钢索线系张力无法调整的影响因素，并通过相关方法予以解决，最后通过验证确定其可行性，以望借鉴。

关键词：飞机控制；操纵钢索；张力调整

引言：随着飞机电传操纵系统的发展，计算器、传感器、作动器等机载设备，成为主流操纵方式，通过闭环信号代替传统机械式操纵，如果电传操纵系统失效，将会影响飞机飞行和安全降落，因此，备份机械操纵系统尤为重要，钢索传动作为该系统主要装置，被广泛应用在各型号飞机备份操纵系统中，但由于钢索稳定性较差，容易受到各类因素影响导致变形，这便给钢索调整、维护工作带来巨大困难，应在调整过程中采用合理方案加以解决，减少外界因素干扰，提高钢索稳定性，确保飞机运行安全。

1钢索张力调节影响因素

在飞机设计机体结构和操纵系统时，一般飞机机体以铝合金材料为主，钢索则以钢丝为主要材料，操纵系统钢索需要通过滑轮和导向板等传动装置安装在机体结构上，由于两种材料热膨胀系数差异较大，容易导致筒体结构钢索在不同温度变化时产生相对变形量，进而导致钢索张力发生变化，影响飞机操纵稳定性，为了补偿因温度变化产生的张力变化，应在该系统中添加张力补偿调节机构。

该机构一般有支架、扇形轮、摇臂，弹簧、十字连杆机构等部件组成（如图1所示）。

图 1 张力补偿调节机构结构图

1.1张力补偿调节机构弹簧弹力不足

在飞机操纵系统钢索张力补偿调节机构基础上，以该机副翼系统为例，在实际测试过程中，如果飞机温度初始装配温度从20摄氏度升高至70摄氏度时，钢索的张紧量为9.05mm，当初始装配温度从20摄氏度下降至-55摄氏度时，钢索的放松量为13.57mm，张力补偿调节机构可以对上述两种情况的相对变形量进行补偿，提高钢索张力的稳定性。因此，该机构在装机前和使用过程中弹簧始终保持压缩状态，弹簧在长时间压缩下弹力不足，进而导致张力补偿调节机构补偿效果下降，致使产品实际截距b与出厂状态差异较大，影响钢索张力计算数据的准确性，通过测试对比（如表1所示）[1]。

表 1 b值对比

从表中数据可以看出，相同产品的弹簧未更改，在使用一段时间后，b值能够保持稳定状态，且最大变化为5.91N，未超出出厂值，同时，b值始终保持在该产品的有效数值内，由此可排除弹簧弹力不足对张力不足的影响。也就是说张力补偿机构在出厂时各项指标都符合标准，且在使用一段时间后，测试结果仍然合格，由此可排除弹簧弹力不足造成的影响。

1.2检查方法不正确

在钢索调整完成后，飞机机体和钢索将会在温度的变化下发生热胀冷缩现象，从而钢索的张力值也会发生变化，因此设计给出公式或曲线时，需要考虑飞机机体对钢索张力的影响或因温度变化对钢索张力变化产生的影响。由此可见，在温度发生变化时，不能将要求只作为检查标准，而是应根据当前温度变化，采用相应的数据作为调整标准。

综上所述，如果只将张力计算公式或温度调整曲线作为飞机使用过程中的检验标准，是导致钢索张力不符合标准的主要原因之一。

1.3设计要求不合理

本文研究的飞机为我国自主研发的大型飞机，规格与国外空客A320、波音737类似，A320飞机的方向舵和水平安定面通道中也应用了机械备份操纵系统，且该系统中内置张力调节机构，但该飞机使用的钢索张力是定值，调整参数在220±40N，在调整过程中应用调整辅助工具并按照温度指示位置调整曲线加以调整。通过实验研究发现，目前±5N的调整公差的合理性存在一些问题，这也导致钢索张力无法满足要求[2]。

2钢索张力调节方案

2.1改进系统公差

在钢索张力调整过程中，如果技术标准存在问题，将导致产品实际误差，无法满足系统公差要求，进而影响飞机正常运行和降落。通过参考国外成熟数据，并经过精准化计算，根据飞机数据积累，将系统公差数据调整为±20N能有效解决飞机钢索张力调节不足问题。需要注意的是，系统工程数据在调整后，张力补偿机构活动范围也将发生变化，将会导致张力补偿机构处在温度补偿的极限位置上，这就会出现调节环境温度符合钢索张力调节需求，但温度发生变化时，张力补偿机构无法弥补温度变化导致钢索结构变形的情况，无法确保钢索张力的稳定性。因此，在改进系统公差范围参数时，还要确保张力补偿调节机构的功能是否满足使用需求，以此确保钢索张力的稳定性。

2.2增加温度指示区域

根据张力补偿调节结构形式可测出可调节长度L为41—100mm（如图2所示）。在多次实验后，测得对应扇形轮上钢索张力值在136.4—180.3N，也就是说扇形轮处为钢索提供的最小张力值为136.4N，最大值为180.3N。当钢索张力在该范围内时，张力补偿调节机构能够正常工作，如果实际张力值大于最大值，则补偿机构处于弹簧最大压缩状态，容易导致张力补偿调节机构调节功能，但并不影响该系统运动和力的传递；如果实际张力值小于最小值，这表明张力补偿调节机构不仅调节功能失效，且无法实现运动和力的传递。

图 2 补偿调节机构长度L示意图

为了能够在飞机上检查张力，在张力补偿调节机构的调节范围内，通过计算可将调节范围分成三个区域，其中低温区域（-55～-10℃）、常温区域（-10～30℃）、高温区域（30～70℃）。同时，将观察区域设置在便于观察位置。在安装调整时，应根据飞机环境温度确定安装温度区域，在该区域调整至指定位置。如果调试温度为25℃，且刚好满足钢索张力调整需求时，此时需要保证张力补偿调节机构处在常温区域内；如果当前温度为-15℃，且刚好满足系统张力调节需求时，应确保张力补偿机构处在低温区。

2.3工艺方法优化

改进后的产品，不仅优化了钢索调整检查阀杆，利用钢索调整曲线或公式作为温度变化后检查依据，并在原有工序基础上，增加检查张力补偿调节机构判断其工序是否存在问题。

一般来说，如果钢索张力满足系统需求，在两根钢索弯曲后得到相同变形量后松开观察扇形轮是否能继续运动，如果可以则说明张力补偿调节机构位置检验结果合格，反之，如果无法运动，则降低钢索张力，并重复上述步骤，直到钢索张力大小与扇形轮运动检查同时合格，则完成优化；如果钢索张力不满足系统要求时，应按照维护手册内容，将其调整至合格范围内，再将两根钢索弯曲达到相同的变形量后松开，观察扇形轮是否能够继续运动，如果能够继续运动，这说明位置检验合格，如果无法继续运动，按照上述步骤重复。

3可行性验证

在调节完成后，应对钢索张力调整结果进行验证，在实践过程中，需要对飞机机械备份传动系统进行测量，需要将张力补偿调节机构调整至20℃-25℃之间，测得平均值为152.3N和170.2N，满足调节后飞机机械备份调节系统钢索张力±20N的需求，同时张力补偿调节机构具备温度补偿功能，能够确保飞机电传系统失灵时，保证飞机正常运行和平稳降落[3]。

结束语：总而言之，飞机备份机械操纵系统是飞机运行的重要组成部分，该系统能够在电传系统失效的情况下确保飞机能够平稳操控，进而保障飞机及机上人员的安全。通过研究发现，该系统钢索张力在相关部件设计不合理、质量问题以及张力参数设计上等存在问题都会导致飞机装配难度加大，进而影响飞机正常运行，对此可通过改进系统公差、增加温度指示区域以及优化工艺方法等方面对其调整，并在调整后验证其可行性，进而保障飞机机械备份操纵系统钢索张力的稳定性，为飞机运行提供安全保障。

参考文献：

[1]徐晓东,庞莉,余鹏.常用飞机操纵钢索张力计测量不确定度评定[J].成都航空职业技术学院学报,2023,39(01):46-49.

[2]范军华,王帅邦,王慧.飞机操纵钢索线系张力调整研究与分析[J].西安航空学院学报,2022,40(03):47-51.

[3]孙陈妤,史珂,马智骋.某航空操纵钢索过度磨损原因分析及改进措施[J].装备制造技术,2021,(03):101-105+130.