某型飛機(jī)PCU 系統(tǒng)故障分析及解決措施

潘 悅，曾 天，周 恒，葉景濱

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌， 330024）

0 引言

PCU 系統(tǒng)又稱駕駛員操縱裝置系統(tǒng)，是飛機(jī)的一個(gè)重要組成部件，用于傳遞駕駛員操縱指令，使飛機(jī)各操縱面按操縱指令進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，其工作性能直接影響到駕駛員的正常操縱，甚至涉及飛行安全。 某型飛機(jī)在小批產(chǎn)過程中， 大量出現(xiàn)PCU 系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)超差，無法滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，導(dǎo)致產(chǎn)生大量審理，拖延生產(chǎn)進(jìn)度。 為有效控制PCU 系統(tǒng)審理數(shù)量， 本文對(duì)PCU 審理故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析， 找出超差的主要影響指標(biāo)，從裝配過程、測(cè)試過程、系統(tǒng)成件等方面進(jìn)行分析，找出問題的根本原因，制定了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

1 PCU 系統(tǒng)組成

PCU 系統(tǒng)是某型飛機(jī)飛控系統(tǒng)的子系統(tǒng)，該系統(tǒng)由駕駛桿、腳蹬、縱向調(diào)效機(jī)構(gòu)、載荷機(jī)構(gòu)、桿位移傳感器、腳蹬位移傳感器、阻尼器、拉桿、搖臂、支座等部件組成，系統(tǒng)安裝于飛機(jī)前、后座艙內(nèi)，用于控制飛機(jī)副翼、平尾、方向舵的轉(zhuǎn)動(dòng)。駕駛桿及腳蹬組件主要完成傳遞飛行員操縱動(dòng)作，將飛行員的機(jī)械操縱形成飛行操縱指令。指令傳感器能夠敏感感應(yīng)飛行員操縱指令并形成模擬電信號(hào)，輸入至飛行控制計(jì)算機(jī)。 載荷機(jī)構(gòu)給飛行員提供與位移成比例的操縱力。阻尼器增加縱向或橫向操縱桿系統(tǒng)阻尼。縱向調(diào)效機(jī)構(gòu)用于卸除桿力，減輕飛行員在飛行中長時(shí)間穩(wěn)住駕駛桿的疲勞。

2 PCU 系統(tǒng)制造及裝配工藝流程

1） 零件制造

零件制造單位按數(shù)模和技術(shù)規(guī)范要求完成管子、支座、搖臂等零件制造，并將零件組合，交付部裝廠。

2） 系統(tǒng)桿系裝配

部裝廠在機(jī)身座艙段裝配架上通過工裝來定位PCU 子系統(tǒng)中的支座和搖臂， 保證支座和搖臂孔軸線位置滿足數(shù)模要求，從而保證前、后艙拉桿桿系的準(zhǔn)確性，然后安裝前、后艙拉桿，按技術(shù)規(guī)范要求進(jìn)行橫、縱、航向的桿系摩擦力測(cè)量，測(cè)量合格后，從搖臂上拆下拉桿，妥善包扎保護(hù)并標(biāo)識(shí)，于飛機(jī)合攏總裝下架后再重新安裝。

3） 系統(tǒng)成附件安裝

駕駛桿、腳蹬、縱向調(diào)效機(jī)構(gòu)、載荷機(jī)構(gòu)、桿位移傳感器等PCU 系統(tǒng)成件經(jīng)裝前試驗(yàn)室裝前試驗(yàn)合格后交付總裝廠，總裝廠通過訂制的專用工裝，分別以座艙地板上支座和定位孔為基準(zhǔn)， 安裝駕駛桿和腳蹬，檢查駕駛桿和腳蹬T 點(diǎn)位置準(zhǔn)確性，若不滿足設(shè)計(jì)要求則通過加墊進(jìn)行調(diào)整，然后完成駕駛桿、腳蹬、縱向調(diào)效機(jī)構(gòu)、桿位移傳感器、載荷機(jī)構(gòu)等成附件的安裝，進(jìn)行駕駛桿和腳蹬機(jī)械中立位置檢查與調(diào)整、電氣零位檢查與調(diào)整、電氣行程檢查與調(diào)整、靜態(tài)特性檢查、動(dòng)態(tài)特性檢查，進(jìn)行縱向調(diào)效機(jī)構(gòu)特性檢查。

3 PCU 系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)分析

PCU 系統(tǒng)裝機(jī)后檢查工作內(nèi)容有：前、后艙聯(lián)動(dòng)桿系摩擦力檢查、機(jī)械零位調(diào)整與檢查、電氣零位調(diào)整與檢查、靜態(tài)特性檢查、動(dòng)態(tài)特性檢查、縱向調(diào)效機(jī)構(gòu)特性檢查。 某型飛機(jī)自研制以來PCU 系統(tǒng)裝機(jī)后調(diào)試經(jīng)常出現(xiàn)超差現(xiàn)象，主要分為以下幾類：

1） 駕駛桿行程、腳蹬行程超差共14 項(xiàng)，占30%；

2） 啟動(dòng)力、操縱力超差共25 項(xiàng)，占53%，其中駕駛桿超差20 項(xiàng) （橫向力超差15 項(xiàng)， 縱向力超差5項(xiàng)），腳蹬5 項(xiàng)；

3） 極限電壓值超差4 項(xiàng)，占8.5%；

4） 配平范圍超差3 項(xiàng)，占6.4%；

5） 機(jī)械中立位置超差1 項(xiàng)，占2.1%。

1、3、4 類故障中由于前期沒有測(cè)試設(shè)備，裝前試驗(yàn)室未對(duì)駕駛桿腳蹬做裝前測(cè)試試驗(yàn)，駕駛桿、腳蹬的產(chǎn)品質(zhì)量未做控制；裝前試驗(yàn)室從小批生產(chǎn)第3 架起增加了對(duì)PCU 系統(tǒng)的裝前測(cè)試試驗(yàn)， 對(duì)駕駛桿腳蹬前期做了檢查，現(xiàn)已經(jīng)無此類故障發(fā)生。 5 類故障為偶發(fā)故障。 由此可以看出，PCU 系統(tǒng)裝機(jī)后調(diào)試超差情況主要為駕駛桿橫向靜態(tài)特性檢查超差。

4 PCU 系統(tǒng)故障原因分析

從上述故障模式分析可知，PCU 系統(tǒng)裝機(jī)后調(diào)試超差情況主要為駕駛桿橫向靜態(tài)特性檢查超差，針對(duì)此超差問題，從座艙桿系裝配、成品質(zhì)量以及裝前、裝后試驗(yàn)三個(gè)方面進(jìn)行了原因分析。

4.1 座艙桿系裝配過程分析

現(xiàn)發(fā)現(xiàn)駕駛桿橫向桿系中拉桿兩頭安裝了球面軸承，據(jù)部裝廠反映，此類拉桿上的軸承經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活現(xiàn)象，針對(duì)此情況，工程技術(shù)部門測(cè)量了12架份此類拉桿中軸承的啟動(dòng)力矩值。

通過測(cè)量分析， 當(dāng)軸承啟動(dòng)力矩≥0.05N·m 時(shí)，軸承轉(zhuǎn)動(dòng)緊澀；拉桿合格率低，分別為33%和25%，而且大部分不合格拉桿一端緊澀、一端靈活，但拉桿頭兩端孔內(nèi)徑尺寸皆為φ14N7， 軸承為同一規(guī)格；拉桿合格率高，達(dá)64%，不合格的拉桿也是一端緊澀、一端靈活。

駕駛桿橫向桿系中球面軸承存在緊澀現(xiàn)象，而駕駛桿橫向啟動(dòng)力、操縱力又經(jīng)常超差，為了摸索球面軸承啟動(dòng)力矩對(duì)駕駛桿靜態(tài)特性中橫向啟動(dòng)力、操縱力的影響，我們?cè)谀臣軝C(jī)上進(jìn)行了工藝試驗(yàn)，通過更換不同力矩值的前艙拉桿和后艙拉桿，在同一架飛機(jī)上進(jìn)行駕駛桿啟動(dòng)力、操縱力測(cè)試。

通過測(cè)量分析，拉桿力矩值越大，駕駛桿啟動(dòng)力、操縱力值越大；前艙拉桿力矩值對(duì)前艙駕駛桿啟動(dòng)力有影響，但對(duì)操縱力影響較小，對(duì)后艙駕駛桿啟動(dòng)力、操縱力影響較大；后艙拉桿力矩值對(duì)前、后艙駕駛桿啟動(dòng)力、操縱力影響較小。

按設(shè)計(jì)規(guī)范要求，從01 架起，部裝安裝完座艙桿系后，須進(jìn)行橫、縱、航向桿系摩擦力檢查，根據(jù)部裝所有記錄的結(jié)果可知，都符合要求，01 架桿系摩擦力數(shù)據(jù)見表1。

4.2 PCU 系統(tǒng)裝前、裝后測(cè)試過程分析

由于前期缺少測(cè)試設(shè)備的原因，駕駛桿、腳蹬等成件的產(chǎn)品質(zhì)量未做控制， PCU 系統(tǒng)腳蹬、駕駛桿等成件是裝機(jī)驗(yàn)證，從01 架才開始進(jìn)行PCU 系統(tǒng)的裝前測(cè)試，對(duì)應(yīng)表1 中01 架、02 架出現(xiàn)的超差問題，PCU 系統(tǒng)裝前測(cè)試數(shù)據(jù)都合格，具體見表2。

表1 前、后艙聯(lián)動(dòng)桿系摩擦力

表1、表2 中數(shù)據(jù)都符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，但在進(jìn)行PCU 系統(tǒng)靜態(tài)特性檢查時(shí)，出現(xiàn)了啟動(dòng)力超差現(xiàn)象，對(duì)此，工藝技術(shù)人員到特設(shè)試驗(yàn)室和總裝現(xiàn)場(chǎng)對(duì)PCU 系統(tǒng)測(cè)試設(shè)備、測(cè)試環(huán)境進(jìn)行對(duì)比，對(duì)其中存在的差異性進(jìn)行了初步判定，發(fā)現(xiàn)主要集中在以下幾點(diǎn)：

表2 PCU 系統(tǒng)裝前測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

1） PCU 子系統(tǒng)裝前和裝后測(cè)試方法具有差異性，自小批生產(chǎn)開始，測(cè)試方法完全統(tǒng)一；

2） PCU 系統(tǒng)裝前和裝后測(cè)試設(shè)備（包括桿力-桿位移傳感器）不完全一致，可能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果差異；

3） 不同測(cè)量人員對(duì)測(cè)試結(jié)果會(huì)產(chǎn)生不同的影響（包括人為操作、人為讀數(shù)誤差）；

4） 特設(shè)試驗(yàn)臺(tái)固定同一套桿系進(jìn)行裝前試驗(yàn)，桿系摩擦力相對(duì)固定，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)飛機(jī)狀態(tài)不同，桿系的摩擦力也會(huì)不同（都在合格范圍內(nèi)），對(duì)測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

4.3 PCU 系統(tǒng)成件分析

在小批飛機(jī)生產(chǎn)過程中，針對(duì)PCU 系統(tǒng)駕駛桿空行程、啟動(dòng)力、操縱力超差等批次性成品問題，工作人員對(duì)駕駛桿進(jìn)行了返廠調(diào)試修理，為查找駕駛桿產(chǎn)品問題，主機(jī)技術(shù)人員赴成品廠與廠家人員共同查找PCU 系統(tǒng)駕駛桿空行程、啟動(dòng)力、操縱力超差可能形成的原因，最后歸納成以下四點(diǎn)：

1） 橫向后艙空行程：前/后艙駕駛桿組件中使用的關(guān)節(jié)軸承因研磨過度后出現(xiàn)較大軸向活動(dòng)間隙，導(dǎo)致系統(tǒng)空行程超差。

2） 橫向啟動(dòng)力偏大：前/后艙駕駛桿組件轉(zhuǎn)盒內(nèi)部分軸承未充分潤滑，駕駛桿組件的防塵套在操縱時(shí)對(duì)駕駛桿有輕微牽扯。

3） T 點(diǎn)未與對(duì)稱軸線重合：駕駛桿橫向T 點(diǎn)中立位置檢查不到位。

4） 縱向最大操縱力偏?。嚎v向載荷機(jī)構(gòu)的標(biāo)稱值折算至縱向T 點(diǎn)的力值偏小約3%；縱向調(diào)效機(jī)構(gòu)和前艙駕駛桿轉(zhuǎn)盒剛度較弱對(duì)操縱力的影響約2%；導(dǎo)致前艙駕駛桿縱向操縱力偏小約5%。

將小批生產(chǎn)的飛機(jī)駕駛桿返廠進(jìn)行復(fù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)由于上述四點(diǎn)原因造成駕駛桿批次性質(zhì)量問題，大部分駕駛桿不合格，影響裝機(jī)后測(cè)試結(jié)果。

4.4 分析結(jié)果

從上述原因分析可以基本得出，造成飛機(jī)駕駛桿裝后超差審理的幾點(diǎn)重要因素如下：

1） 軸承的安裝會(huì)影響拉桿的力矩， 拉桿的力矩會(huì)對(duì)啟動(dòng)力、操縱力有一定影響。

2） 前期研制階段缺少裝前測(cè)試設(shè)備，駕駛桿、腳蹬等成件產(chǎn)品質(zhì)量未做控制。

3） 駕駛桿質(zhì)量不穩(wěn)定。

4） PCU 子系統(tǒng)測(cè)試方法存在差異。

5 PCU 系統(tǒng)故障改進(jìn)措施

綜合上述分析，通過對(duì)座艙桿系裝配過程、成品質(zhì)量以及裝前、裝后試驗(yàn)等三個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)控制，提出以下改進(jìn)措施：

1） 要求部裝廠從01 架開始，按設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行前、后艙聯(lián)動(dòng)桿系摩擦力檢查。

2） 在部裝壓完軸承襯套的拉桿交付到總裝階段，要嚴(yán)格控制多余物，不允許任何異物掉落進(jìn)軸承襯套內(nèi)。

3） 裝前、裝后測(cè)試PCU 系統(tǒng)工藝方法要完全統(tǒng)一。 明確測(cè)試次數(shù)不小于3 次，且連續(xù)測(cè)試的合格率應(yīng)為100%，反之則測(cè)試次數(shù)應(yīng)不小于5 次，連續(xù)測(cè)試合格率應(yīng)不小于70%。

4） 由于同一個(gè)人操作特設(shè)裝前測(cè)試設(shè)備和總裝測(cè)試設(shè)備，數(shù)據(jù)都無法做到一致性。 工程技術(shù)部門發(fā)文明確裝前試驗(yàn)室完成裝前測(cè)試設(shè)備的優(yōu)化，要求裝前測(cè)試夾具和力傳感器必須與總裝廠一致，以此來保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、唯一性。

5） 駕駛桿本身的8 個(gè)安裝孔相對(duì)位置穩(wěn)定性差，現(xiàn)行采用的是配鉆地板安裝孔，互換性差，現(xiàn)已定制廠際協(xié)調(diào)模板協(xié)調(diào)制出駕駛桿和座艙地板的安裝孔，從而實(shí)現(xiàn)駕駛桿的互換。

6 PCU 系統(tǒng)故障改進(jìn)措施效果評(píng)估

上述工藝改進(jìn)措施已經(jīng)實(shí)施，后續(xù)生產(chǎn)10 架飛機(jī)的測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，駕駛桿橫向靜態(tài)特性裝機(jī)后全部合格，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 駕駛桿靜態(tài)特性檢查結(jié)果

7 結(jié)語

本文針對(duì)某型飛機(jī)PCU 系統(tǒng)測(cè)試過程中出現(xiàn)的一系列超差審理等問題，組織對(duì)問題進(jìn)行了查證和改進(jìn)，通過與承制廠的廠際協(xié)調(diào)解決了PCU 成品的問題，同時(shí)采取了相應(yīng)的工藝改進(jìn)措施，解決了操作手法、測(cè)量手段等方面的問題。對(duì)后續(xù)飛機(jī)的跟蹤驗(yàn)證表明措施有效，已基本解決某型飛機(jī)研制以來PCU 系統(tǒng)存在的一系列問題，為解決同類故障提供了借鑒。