A320系列飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎故障分析

蔡萱敏 陳喜超

摘要：A320系列飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎故障一直是機(jī)隊(duì)運(yùn)行中較棘手的問(wèn)題，尤其是前輪跑偏故障，當(dāng)跑偏角度不大時(shí)機(jī)組操作很難發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致故障長(zhǎng)期存在，故障惡化后將使內(nèi)部齒輪和齒輪盤(pán)磨損超標(biāo)。本文利用QAR數(shù)據(jù)，參考系統(tǒng)原理，找出該故障的內(nèi)在規(guī)律并制定監(jiān)控規(guī)則，使故障在萌生時(shí)即能被發(fā)現(xiàn)并及早解決，杜絕了安全隱患，保證了飛行安全。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)彎；跑偏；QAR數(shù)據(jù)

Keywords：steering；veering；QAR data

1 故障背景

利用空客Skywise平臺(tái)對(duì)機(jī)隊(duì)近十年的延誤進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，前輪轉(zhuǎn)彎故障平均每年有2起，該故障常造成飛機(jī)無(wú)法轉(zhuǎn)彎，需要拖車(chē)拖回，易占用跑道。

圖1為近十年前輪轉(zhuǎn)彎故障統(tǒng)計(jì)情況，其中兩起典型事件如下。

1）2011年12月5日12：36，一架A320系列飛機(jī)滑行時(shí)報(bào)前輪轉(zhuǎn)彎故障，12：48拖車(chē)將飛機(jī)拖回，根據(jù)TSM32-51-00-810-811-A排故，根據(jù)AMM32-42-34 PB401更換BSCU，測(cè)試不通過(guò)；15：30從飛機(jī)上拆下前輪轉(zhuǎn)彎傳感器（FIN：4GC）送去檢修；21： 00更換4GC完畢，調(diào)節(jié)測(cè)試正常；更換前輪轉(zhuǎn)彎傳感器（FIN：4GC），調(diào)節(jié)測(cè)試正常。2011年12月8日，該機(jī)哈爾濱過(guò)站，11：28再次接收到報(bào)文信息“WHEEL N/W STRG FAULT”，機(jī)務(wù)報(bào)飛機(jī)滑出后前輪轉(zhuǎn)彎失效，飛機(jī)拖回，重置后無(wú)效，飛機(jī)下客排故；14：10分，由沈陽(yáng)派出排故人員；00：00將3GC和4GC拆下調(diào)節(jié)；00：50調(diào)節(jié)后地面測(cè)試正常；后續(xù)航班取消。4GC拆下后發(fā)現(xiàn)齒輪磨損超標(biāo)。

2）2020年4月16日，另一架A320系列飛機(jī)C檢出廠執(zhí)行調(diào)機(jī)時(shí)，機(jī)組反饋起飛滑跑階段和落地后都有左偏現(xiàn)象，配平大約7度。調(diào)節(jié)3GC傳感器后，機(jī)組滑行測(cè)試正常。后期調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，C檢進(jìn)廠時(shí)正常，但更換前起落架后因未正確調(diào)整3GC數(shù)據(jù)，導(dǎo)致了飛機(jī)出廠調(diào)機(jī)就出現(xiàn)前輪跑偏故障現(xiàn)象。

從以上兩起事件可以發(fā)現(xiàn)，前輪轉(zhuǎn)彎故障的特點(diǎn)隱蔽性強(qiáng)，地面難以重現(xiàn)，導(dǎo)致地面排故時(shí)無(wú)法精準(zhǔn)定位，故障反復(fù)發(fā)生，特別是前輪跑偏故障的發(fā)生往往沒(méi)有警告信息，僅是故障現(xiàn)象，而在地面時(shí)機(jī)務(wù)無(wú)法通過(guò)滑行來(lái)測(cè)試，故無(wú)法驗(yàn)證故障是否真實(shí)排除，給運(yùn)行帶來(lái)很大影響。同時(shí)，由于無(wú)法精準(zhǔn)定位，為快速排故每次都會(huì)更換大量部件，導(dǎo)致很多部件被誤換，NFF率非常高。

2 系統(tǒng)工作原理

A320系列飛機(jī)的前輪轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)由手輪和腳蹬（輸入部分）、BSCU計(jì)算機(jī)（控制部分）、前輪（控制對(duì)象）、3GC和4GC傳感器（反饋機(jī)構(gòu)）組成。從圖2可見(jiàn)，前起落架中有一個(gè)定中凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)飛機(jī)起飛抬輪后，前起落架完全伸出，隨后在定中凸輪的作用下，前輪保持中立位，之后跟隨前起收入到輪艙中。

2.1 前輪轉(zhuǎn)彎的地面激活條件

與其他飛機(jī)不同，A320系列飛機(jī)的前輪轉(zhuǎn)彎并不是只增壓對(duì)應(yīng)的液壓系統(tǒng)就可操作，而是首先需要滿(mǎn)足該系統(tǒng)的激活條件方可正常操控。而該激活的控制通過(guò)控制選擇控制活門(mén)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)飛機(jī)的兩個(gè)主起落架被壓縮，且至少一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的滑油壓力不低壓以及拖機(jī)模式在正常位時(shí)，該活門(mén)才被打開(kāi)。隨后需通過(guò)轉(zhuǎn)換選擇活門(mén)使液壓進(jìn)入6GC伺服控制機(jī)構(gòu)。該活門(mén)的打開(kāi)條件是前起落架放出，一旦前起落架收起該活門(mén)將會(huì)關(guān)閉而切斷液壓來(lái)源。如圖3所示，液壓進(jìn)入6GC伺服控制機(jī)構(gòu)，通過(guò)SLAVED VALVE進(jìn)入滑閥的中間，在該處通過(guò)伺服活門(mén)的位置來(lái)改變滑閥兩端的壓力，控制液壓進(jìn)入前輪轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒的具體腔室，從而實(shí)現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)彎。其中，滑閥上連接了一個(gè)LVDT傳感器，BSCU通過(guò)控制伺服活門(mén)改變滑閥的位置，通過(guò)LVDT監(jiān)控滑閥的位置是否正確響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

2.2 前輪轉(zhuǎn)彎的控制過(guò)程

一般情況下，在低速滑行時(shí)機(jī)組采用手輪來(lái)控制前輪轉(zhuǎn)彎角度，在高速滑行時(shí)機(jī)組采用腳蹬來(lái)控制前輪轉(zhuǎn)彎角度。兩個(gè)手輪與腳蹬的控制通過(guò)代數(shù)疊加的方式實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)彎的控制原理如圖4所示，兩個(gè)手輪的指令經(jīng)過(guò)解析后直接送入BSCU，腳蹬的信號(hào)通過(guò)ELAC計(jì)算機(jī)后進(jìn)入BSCU計(jì)算機(jī)。具體控制過(guò)程是兩個(gè)手輪的指令在進(jìn)入BSCU計(jì)算機(jī)后首先進(jìn)行疊加，通過(guò)圖5的換算將手輪的指令與腳蹬的指令疊加，經(jīng)過(guò)限速控制，然后將該指令以電流的形式輸入伺服活門(mén)，伺服活門(mén)在液壓的作用下控制前輪轉(zhuǎn)到指定角度，3GC將該角度反饋給伺服活門(mén)的輸入端作為負(fù)反饋。如果輸入的實(shí)際位置與指令位置不一致，伺服活門(mén)的輸入端會(huì)有電流輸入，如果一致則沒(méi)有電流輸入，即伺服活門(mén)的輸入是控制指令與實(shí)際位置的差值。與此同時(shí)，4GC將前輪的實(shí)際位置反饋給BSCU的監(jiān)控通道，如果4GC與3GC的參數(shù)值超過(guò)6度，就會(huì)產(chǎn)生警告，同時(shí)切斷轉(zhuǎn)彎伺服機(jī)構(gòu)的液壓。

3 QAR數(shù)據(jù)分析

3.1 QAR數(shù)據(jù)利用原理

由圖5可知，手輪的指令換算值如下：

其中，Y為前輪的最終指令值。

根據(jù)以上原理，在QAR上查找對(duì)應(yīng)的參數(shù)，計(jì)算出β指令，與QAR參數(shù)上的β指令值相對(duì)比，可知BSCU的計(jì)算是否存在錯(cuò)誤；再與3GC的指令值對(duì)比，查看6GC伺服機(jī)構(gòu)的控制是否正確；最后查看飛機(jī)在起飛抬輪和降落剛放輪的情況下3GC的值是否在0附近，從而可知3GC的傳感器電器零位與機(jī)械零位是否一致。即利用QAR數(shù)據(jù)可以探測(cè)出整個(gè)轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的部件故障。

關(guān)于腳蹬的指令問(wèn)題，由于腳蹬同屬于飛控系統(tǒng)的方向舵控制，因此腳蹬的角度值對(duì)前輪轉(zhuǎn)彎的控制也會(huì)受方向舵配平的影響。在飛控系統(tǒng)中，不踩腳蹬時(shí)方向舵的配平角度等于腳蹬的角度值，這也是機(jī)組在遇到前輪跑偏時(shí)采用配平來(lái)修正的操作原因之一。

3.2 建立監(jiān)控模型

基于上述原理，利用空客SKYWISE平臺(tái)上的QAR數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，輸入手輪、腳蹬及輪速參數(shù)，計(jì)算出理論值，對(duì)比QAR參數(shù)中BSCU計(jì)算出的指令值，查看兩者的殘差是否符合期望為0的正態(tài)分布，如符合則上述公式應(yīng)用正確。

從圖6可以看出，殘差符合期望為0的正態(tài)分布，說(shuō)明公式合理。接下來(lái)驗(yàn)證3GC與機(jī)械位置的一致性。由于前起落架的定中凸輪作用，當(dāng)前起落架伸出時(shí)，前輪的機(jī)械位置是0，如果3GC的電器位置也是0，說(shuō)明正常；如果偏移較大，說(shuō)明有跑偏現(xiàn)象。對(duì)前起放下后及自檢后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖7所示，該飛機(jī)在機(jī)械零位時(shí)，電器的角度是0.124度且非常穩(wěn)定，說(shuō)明該監(jiān)測(cè)原理可行。

驗(yàn)證6GC的工作狀態(tài)算法，將BSCU的指令值與3GC反饋值進(jìn)行做差，查看殘差分布。如圖8所示，殘差也是近似期望為0的正態(tài)分布，說(shuō)明6GC的工作狀態(tài)監(jiān)控算法沒(méi)有問(wèn)題。雖然其中非0的數(shù)據(jù)較多，原因是跑道路面不同或滑行時(shí)的側(cè)風(fēng)等外界因素所致，總體仍為正態(tài)分布就表明6GC的監(jiān)控算法可行。該算法的問(wèn)題在于不能實(shí)時(shí)監(jiān)控，需要監(jiān)控一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)才能平衡外界因素干擾，從而監(jiān)控6GC的性能狀態(tài)。

4 監(jiān)控措施方案

綜上所述，利用QAR數(shù)據(jù)可以監(jiān)控以下內(nèi)容：

1）監(jiān)控3GC是否存在機(jī)械零位偏差；

2）監(jiān)控BSCU指令值是否正確；

3）監(jiān)控6GC的性能狀態(tài)。

通過(guò)第一點(diǎn)的監(jiān)控，可以及時(shí)解決前輪跑偏問(wèn)題并提前發(fā)現(xiàn)3GC和4GC的齒輪與前起支柱內(nèi)的齒輪盤(pán)之間的磨損問(wèn)題。通過(guò)第二點(diǎn)監(jiān)控可以準(zhǔn)確判斷出BSCU計(jì)算機(jī)是否有問(wèn)題，從而大大降低BSCU計(jì)算機(jī)送修的NFF率。通過(guò)第三點(diǎn)監(jiān)控可以及早發(fā)現(xiàn)6GC的性能狀態(tài)，以判斷其內(nèi)部的伺服活門(mén)是否存在老化等現(xiàn)象。另外，通過(guò)對(duì)應(yīng)監(jiān)控到的某些異常點(diǎn)，可以查看是否存在因主輪剎車(chē)、前輪漏氣等造成的跑偏。

對(duì)于前起落架內(nèi)部齒輪磨損嚴(yán)重的情況，可以根據(jù)飛機(jī)上的4GC與3GC的差值來(lái)監(jiān)控，當(dāng)監(jiān)控到波動(dòng)頻繁時(shí)，可拆除3GC和4GC，詳細(xì)檢查對(duì)應(yīng)的齒輪和前起支柱齒輪盤(pán)的狀態(tài)。一旦發(fā)現(xiàn)齒輪盤(pán)磨損嚴(yán)重，需更換前起落架組件，尤其是在翼近10年的老齡飛機(jī)的起落架。

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