波音737 機(jī)型爆胎重大隱患的分析和預(yù)防

■ 徐方興 董哲/河北航空有限公司

近期，一架波音737-800 飛機(jī)執(zhí)行航班落地后，機(jī)組報(bào)告飛機(jī)左內(nèi)主輪出現(xiàn)爆胎。通過(guò)譯碼軟件判斷人工剎車介入后左側(cè)剎車壓力異常突增，故障點(diǎn)最終被確定在防滯系統(tǒng)相關(guān)部件上。在相繼更換了AACU、左內(nèi)機(jī)輪剎車、左內(nèi)防滯活門(mén)與左剎車計(jì)量活門(mén)后故障排除，最后送修報(bào)告顯示是剎車防滯活門(mén)故障。后續(xù)故障總結(jié)發(fā)現(xiàn)，波音機(jī)型防滯剎車系統(tǒng)存在重大隱患，此隱患在世界737 機(jī)隊(duì)中隨時(shí)可能發(fā)生，考慮到問(wèn)題的嚴(yán)重性，我公司與武漢航達(dá)公司共同開(kāi)展了研究。

1 波音737 機(jī)型剎車系統(tǒng)原理

剎車系統(tǒng)大致分為正常剎車系統(tǒng)與備用/收上剎車系統(tǒng)，本故障不涉及備用/收上剎車系統(tǒng)的相關(guān)使用，因此只對(duì)正常剎車系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。

圖1 為剎車系統(tǒng)原理圖。正常剎車由B 液壓系統(tǒng)供壓，壓力油沿管路將備用剎車選擇活門(mén)保持在阻斷A 系統(tǒng)壓力的位置（相同壓強(qiáng)下，A、B 液壓系統(tǒng)同時(shí)供壓時(shí)，依靠面積不一致），同時(shí)將儲(chǔ)壓器隔離活門(mén)保持在打開(kāi)位置。壓力油進(jìn)入下級(jí)管路后有兩個(gè)走向：一是由腳蹬通過(guò)連桿－鋼索帶動(dòng)的剎車計(jì)量活門(mén)，二是AACU 控制工作的自動(dòng)剎車活門(mén)組件。二者都可控制向下游的供壓壓力，但因換向閥的存在，只有壓力更大一側(cè)的壓力油繼續(xù)去向剎車組件。通常落地前，自動(dòng)剎車就被選擇電門(mén)選擇好其工作的程度，落地后AACU 內(nèi)部邏輯接通，自動(dòng)控制剎車力度。人工剎車的介入往往滯后于自動(dòng)剎車，由于人工踩剎車的程度即人工供壓時(shí)剎車壓力不盡相同，因此只有當(dāng)人工剎車壓力高于自動(dòng)剎車壓力，或自動(dòng)剎車在AACU 內(nèi)部邏輯控制下停止工作時(shí)，人工剎車才會(huì)取代自動(dòng)剎車。

圖1 剎車系統(tǒng)原理圖

正是由于人工剎車的不確定性，為了增加對(duì)不同天氣條件下剎車組件的工作力度調(diào)節(jié)以及機(jī)輪打滑的快速恢復(fù)，剎車壓力油的供給還需要經(jīng)過(guò)AACU 的調(diào)節(jié)，該功能正是經(jīng)由防滯活門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)。防滯活門(mén)位于剎車組件上游，無(wú)論是人工剎車壓力還是自動(dòng)剎車壓力，都需要經(jīng)過(guò)防滯活門(mén)的二次調(diào)配才能作動(dòng)剎車。如果由于惡劣的地面條件或其他原因?qū)е聶C(jī)輪打滑、機(jī)輪轉(zhuǎn)速不一致，防滯活門(mén)可以釋放掉一部分剎車壓力，以使轉(zhuǎn)速較慢的機(jī)輪快速恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，防止機(jī)輪拖行，提高制動(dòng)時(shí)飛機(jī)的穩(wěn)定性與較差路面條件下剎車系統(tǒng)的工作效率。

經(jīng)由防滯活門(mén)二次調(diào)配的剎車壓力再去作動(dòng)剎車壓力盤(pán)，靜子盤(pán)壓緊隨機(jī)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子盤(pán)，不斷增大的摩擦力會(huì)逐步減緩轉(zhuǎn)子盤(pán)即機(jī)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)輪的剎車控制。

2 防滯活門(mén)

防滯活門(mén)是經(jīng)由AACU 控制的電控閥門(mén)，其工作依靠雙級(jí)閥體控制，如圖2 所示。

圖2 防滯活門(mén)工作原理圖

2.1 一級(jí)閥

一級(jí)閥由AACU 控制的擋塊－碟片結(jié)構(gòu)和三通噴腔組成，擋塊—碟片結(jié)構(gòu)在AACU 不施加電流的情況下處于中立位置，此時(shí)若有來(lái)自計(jì)量活門(mén)/自動(dòng)剎車活門(mén)組件的剎車壓力，則擋塊－碟片結(jié)構(gòu)會(huì)在壓力作用下?lián)踝』赜蛧娗?，壓力油可以完全流進(jìn)二級(jí)閥，該壓力被稱為控制壓力。當(dāng)AACU 給一級(jí)閥施加電流時(shí)，擋塊－碟片結(jié)構(gòu)逐漸移開(kāi)回油噴腔，剎車壓力會(huì)因打開(kāi)的回油噴腔損失一部分壓力油而直接進(jìn)入回油管路，進(jìn)而導(dǎo)致供向二級(jí)閥的控制壓力逐漸減小，該過(guò)程即為AACU對(duì)防滯活門(mén)的控制過(guò)程。

2.2 二級(jí)閥

1）Step1：二級(jí)閥是一個(gè)純機(jī)械作動(dòng)的滑閥－套筒機(jī)構(gòu)。其上有一個(gè)預(yù)載彈簧，保持滑閥處于接通剎車管路與壓力管路的位置，以保證剎車壓力可以自由供至剎車盤(pán)。當(dāng)AACU 未作動(dòng)一級(jí)閥時(shí)，全額的剎車壓力轉(zhuǎn)化為控制壓力供至滑閥的偏置端，此時(shí)滑閥另一端與供給端相連通，其壓力等同于偏置端控制壓力。由于預(yù)載彈簧的力，滑閥不移動(dòng)，剎車壓力端與供油端完全接通，剎車壓力等同于供給壓力。

2）Step2：當(dāng)AACU 做 動(dòng) 一 級(jí) 閥后，控制壓力變小，滑閥偏置端的壓力相應(yīng)減小，但另一端依舊保持在供給端的壓力上，滑閥在合力的作用下克服彈簧力向右移動(dòng)。隨著滑閥的移動(dòng)，供給端口供壓面積逐漸減小，供給壓力也相應(yīng)減小，相應(yīng)地，另一端壓力也逐步縮小。但是由于偏置端壓力始終被一級(jí)閥的回油噴腔釋放掉了一部分，因此其合力依舊是會(huì)推動(dòng)滑閥不斷向右滑動(dòng)，直至回油端與一級(jí)閥的回油端相連通，此時(shí)一級(jí)閥的回油壓力才可以被釋放掉。與此同時(shí)，滑閥另一端的壓力也與回油端相連通，剎車壓力端壓力同樣與回油端相連通，兩端壓力都減小。

3）Step3：在同時(shí)釋放掉一級(jí)閥回油端壓力、滑閥另一端壓力與剎車供壓壓力之后，偏置端壓力與彈簧力的合力又會(huì)將滑閥向左推動(dòng)，滑閥不會(huì)回到初始位置，而是通過(guò)控制阻擋住壓力端的面積來(lái)控制滑閥偏置端壓力與另一端壓力，再綜合彈簧力達(dá)到新的平衡態(tài)。此時(shí)給剎車輸出的壓力是供壓壓力通過(guò)截面積減小后的壓力。

2.3 壓力輸出控制

由圖3 中的對(duì)比不難看出，一級(jí)閥的輸出壓力與防滯閥輸出的剎車壓力隨電流的變化是同步的，這一點(diǎn)在SDS 手冊(cè)中也得以佐證。

圖3 防滯閥一級(jí)閥輸出壓力與防滯閥輸出剎車壓力隨電流變化的對(duì)比圖

2.4 回油單向閥

回油單向閥（見(jiàn)圖4）在供油端直接與剎車壓力端相連接，在AACU 不介入時(shí)，兩端壓力相等，單向閥不打開(kāi)；當(dāng)AACU 介入后，供油端壓力一直大于剎車壓力，此時(shí)單向閥也不工作。設(shè)置單向閥的目的在于當(dāng)人工剎車/自動(dòng)剎車組件的輸出壓力減小時(shí)，即供油端壓力減小時(shí)，若同時(shí)AACU 指令作動(dòng)一級(jí)閥，滑閥向右側(cè)移動(dòng)，那么剎車壓力端的壓力會(huì)被移動(dòng)的滑閥暫時(shí)保持在原有的水平不下降以滿足剎車需求。此時(shí)單向閥由于剎車壓力端壓力大于供油端壓力，在壓差的作用下打開(kāi)以釋放剎車壓力端的壓力，使防滯活門(mén)能快速滿足人工剎車/自動(dòng)剎車組件的指令輸出壓力。

圖4 回油單向閥的閥門(mén)結(jié)構(gòu)

3 故障分析

3.1 故障情景再現(xiàn)

航班落地后，飛機(jī)姿態(tài)略微左傾，左主起先接地，2s 后右主起再接地。落地滑跑速度較快，觸地后自動(dòng)剎車正常接通，剎車管道壓力處于正常的500 ～600psi。速度100 節(jié)時(shí)，自動(dòng)剎車被人工剎車的介入所解除，人工剎車壓力隨著機(jī)組的腳蹬行程直接被抬升至3000psi 左右，持續(xù)大約10s。如果防滯活門(mén)工作正常，那么在AACU 的控制下，人工剎車的壓力將很快通過(guò)防滯活門(mén)釋放掉一大部分并最終作用到剎車上。但當(dāng)時(shí)防滯活門(mén)工作異常（后續(xù)測(cè)試證實(shí)），實(shí)際上大部分剎車壓力并沒(méi)有被釋放，依舊有很高的剎車壓力作用在剎車盤(pán)上，不停壓緊轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子盤(pán)，機(jī)輪很快就被保持在不再轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)，進(jìn)而機(jī)輪發(fā)生滑動(dòng)摩擦，伴隨而來(lái)的巨大熱量與胎皮的不斷磨損，最終導(dǎo)致爆胎故障的發(fā)生。

3.2 故障件的證實(shí)

經(jīng)過(guò)與武漢航達(dá)的聯(lián)合測(cè)試（見(jiàn)圖5），證實(shí)故障件的防滯活門(mén)不僅工作狀態(tài)滯后，且防滯功能無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)。

圖5 防滯活門(mén)送修報(bào)告

同時(shí)，剎車組件的送修報(bào)告也表明，有2 個(gè)剎車活塞出現(xiàn)形狀規(guī)則的損傷。結(jié)合當(dāng)時(shí)的剎車工作過(guò)程，剎車作動(dòng)筒始終被保持在較高的壓力下工作，可以認(rèn)為該剎車活塞的損傷是壓緊使用導(dǎo)致的磨損。

4 預(yù)防性措施可行性分析

4.1 可接近過(guò)濾接頭的維護(hù)

如圖6 所示，防滯活門(mén)中有三個(gè)濾網(wǎng)，都是為了過(guò)濾掉油路中的雜質(zhì)而設(shè)。其中，壓力端濾網(wǎng)與一級(jí)閥入口處濾網(wǎng)是為了防止雜質(zhì)堆積阻礙一級(jí)閥/二級(jí)閥的作動(dòng)，剎車壓力接頭處的濾網(wǎng)是為了過(guò)濾供向剎車組件的雜質(zhì)，防止剎車盤(pán)卡阻。由液壓系統(tǒng)圖可知，除系統(tǒng)液壓組件處的過(guò)濾裝置外，剎車系統(tǒng)相關(guān)管路中并未設(shè)置供油路徑上的過(guò)濾裝置，即防滯活門(mén)上的濾網(wǎng)是剎車系統(tǒng)中的第一級(jí)過(guò)濾裝置。

圖6 防滯活門(mén)本體分解圖

防滯活門(mén)上游對(duì)應(yīng)有儲(chǔ)壓器、儲(chǔ)壓器隔離活門(mén)、備用剎車選擇活門(mén)、自動(dòng)剎車活門(mén)組件、剎車計(jì)量活門(mén)、換向活門(mén)與剎車壓力傳感器等，這些部件雖然不會(huì)像油泵那樣有較大幾率產(chǎn)生磨損，但這些活門(mén)中滑閥的磨損可能性較大。因此，為了提高防滯活門(mén)的壽命與可靠性，定期維護(hù)易于接近的壓力端濾網(wǎng)是一種可行性較高的措施。碎屑如果集中產(chǎn)生，則意味著上游部件已發(fā)生一定程度的磨損。維護(hù)過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)碎屑，可對(duì)上游部件進(jìn)行隔離，有可能某一滑閥已產(chǎn)生了一定程度的內(nèi)漏。

AMM 手冊(cè)并不涉及對(duì)濾子UNION的拆裝與維護(hù)，查詢航材也并無(wú)UNION的備件情況，庫(kù)存中沒(méi)有收錄相關(guān)件號(hào)。濾子的堵塞會(huì)使防滯活門(mén)下游剎車壓力減小，導(dǎo)致輪子無(wú)法被剎停。

4.2 調(diào)節(jié)螺栓的調(diào)節(jié)

如圖7 所示，在一級(jí)閥的蓋子下方有兩顆調(diào)節(jié)螺栓，通過(guò)旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺栓，可以改變進(jìn)油噴腔與回油噴腔相對(duì)于電樞的位置，進(jìn)而調(diào)節(jié)不同AACU 控制電流下一級(jí)閥輸出給二級(jí)閥的控制壓力。結(jié)合前面的論述可知，在二級(jí)閥工作正常的情況下，該壓力即為防滯活門(mén)最終輸出至剎車組件的壓力。

圖7 防滯活門(mén)一級(jí)閥調(diào)節(jié)螺栓原理圖

順時(shí)針旋轉(zhuǎn)壓力噴腔的調(diào)節(jié)螺栓可以提高控制壓力，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)壓力噴腔的調(diào)節(jié)螺栓則會(huì)降低控制壓力；逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)回油噴腔的調(diào)節(jié)螺栓可以提高控制壓力，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)回油噴腔的調(diào)節(jié)螺栓則會(huì)降低控制壓力。

AMM 手冊(cè)并不涉及對(duì)防滯活門(mén)一級(jí)閥的調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)方法一般適用于糾正防滯活門(mén)的不正常工作態(tài)。無(wú)論如何調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)螺栓都不可以超出電樞組件的外表面。此類調(diào)節(jié)方法只能小幅度提升防滯活門(mén)的工作性能，僅適用于防滯活門(mén)一級(jí)閥/電樞組件性能下降后臨時(shí)恢復(fù)其性能，改善工作水平（對(duì)于防滯活門(mén)一級(jí)閥的滯后打開(kāi)可能是一種很好的應(yīng)對(duì)措施）。但在應(yīng)對(duì)防滯系統(tǒng)重大故障時(shí)，僅做這樣的調(diào)節(jié)并不能保證防滯活門(mén)工作性能完全回復(fù)，不建議將此調(diào)節(jié)方法推廣應(yīng)用。

5 譯碼數(shù)據(jù)的趨勢(shì)性分析

受益于AirFase 數(shù)據(jù)監(jiān)控的不斷完善，譯碼數(shù)據(jù)的監(jiān)控在對(duì)剎車系統(tǒng)故障的預(yù)防性維修中得到了應(yīng)用。

如圖8 所示，可在飛機(jī)每一次落地后讀取這一次著陸的剎車壓力實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括空地狀態(tài)、剎車作動(dòng)時(shí)輪速與地速、管道中剎車壓力、機(jī)組何時(shí)人工介入剎車系統(tǒng)（自動(dòng)剎車的工作與否）、反推伸出位置等。其中的大部分?jǐn)?shù)據(jù)都可用于故障發(fā)生后的逆向推理，如通過(guò)自動(dòng)剎車在故障發(fā)生時(shí)處于未工作狀態(tài)推斷剎車壓力高只存在于人工作動(dòng)剎車時(shí)。因此，哪些數(shù)據(jù)可以幫助預(yù)判防滯系統(tǒng)將發(fā)生故障，是研究的主要目標(biāo)。

圖8 剎車系統(tǒng)譯碼相關(guān)數(shù)據(jù)（故障實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)）

剎車壓力的改變是最能直觀體現(xiàn)剎車系統(tǒng)存在異常的，但位于防滯活門(mén)上游的管道壓力傳感器并不能代表實(shí)際剎車的壓力。因此，只能假設(shè)在其下游的防滯活門(mén)中出現(xiàn)了堵塞或是閥體作動(dòng)卡滯。如果發(fā)生濾子堵塞，根據(jù)上文的分析，此時(shí)管道中的剎車壓力可能因堵塞濾子的一側(cè)發(fā)生壓力堆積而得到提升，相對(duì)應(yīng)的結(jié)論就是機(jī)輪并不會(huì)因?yàn)闉V子堵塞而發(fā)生拖胎。

如果是二級(jí)閥體作動(dòng)卡滯，由于防滯活門(mén)只會(huì)釋放掉一部分壓力油，但因不會(huì)再有別的剎車壓力來(lái)源，卡滯的二級(jí)閥體如果卡在供油端，那么剎車壓力也許會(huì)因?yàn)槎氯诠艿乐型茢D上升，但此時(shí)供給剎車組件的壓力就非常?。蝗绻谕耆ㄏ騽x車壓力油的地方，那么剎車壓力始終與供給壓力一致，也不會(huì)導(dǎo)致管道壓力的變化；如果卡在讓供壓端部分供壓的地方，那么剎車管道壓力類似于堵塞的情況，管道壓力小幅上升，剎車組件也會(huì)保持在一個(gè)恒定的壓力上。

5.1 根據(jù)壽命監(jiān)測(cè)情況配合機(jī)輪磨損程度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法

從MSG-3 飛機(jī)維護(hù)邏輯來(lái)說(shuō)，只要系統(tǒng)正常，則系統(tǒng)以下部件都是正常的。本次爆胎故障，防滯系統(tǒng)INOP 燈始終沒(méi)有點(diǎn)亮，AACU 沒(méi)有故障代碼。按此理論分析，防滯系統(tǒng)下屬部件的功能應(yīng)該是正常的，但不排除部件性能下降。飛機(jī)上的機(jī)械部件只要送修檢測(cè)，按照CMM 手冊(cè)要求，絕大部分都是不符合手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)的，但這個(gè)件在飛機(jī)上仍是可用的。本次預(yù)防性拆下的3 個(gè)防滯活門(mén)送修均不滿足CMM 要求，但是飛行中并無(wú)故障表現(xiàn)。

從上述對(duì)防滯活門(mén)部件的測(cè)試報(bào)告以及波音公司反饋的信息分析，防滯活門(mén)的性能下降不能通過(guò)功能測(cè)試的方法來(lái)預(yù)防。AMM 手冊(cè)中的功能測(cè)試只能測(cè)兩個(gè)極端的情況，兩個(gè)極端沒(méi)有超過(guò)CMM 手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)的活門(mén)仍可以使用。如果輸出壓力為標(biāo)準(zhǔn)的上限，容易導(dǎo)致剎車的使用循環(huán)數(shù)降低；反之，如果輸出壓力值為標(biāo)準(zhǔn)的下限，剎車的使用循環(huán)數(shù)將會(huì)延長(zhǎng)。

從譯碼看到的是防滯活門(mén)上游的液壓壓力，按其工作原理，防滯活門(mén)下游的壓力為實(shí)際剎車上的壓力，雖然是按照一定比例關(guān)系輸出，但是受輪速傳感器電流大小的控制。另外，剎車本身摩擦片的狀態(tài)、輪胎狀態(tài)、道面平整度、坡度等因素也會(huì)影響輪速，通過(guò)AACU影響防滯活門(mén)上的電流（地面8 節(jié)地速以上的時(shí)候）。只監(jiān)控防滯活門(mén)上游的液壓壓力值是無(wú)法判斷剎車實(shí)際壓力的。通過(guò)監(jiān)控防滯活門(mén)上游壓力來(lái)監(jiān)控防滯活門(mén)的性能是否下降，只能反映部分問(wèn)題，而且準(zhǔn)確率不高。

綜合上述分析可知，飛機(jī)落地初速大、人工剎車介入早且剎車壓力過(guò)大、剎車距離短、高原，這些因素導(dǎo)致剎車處于“CAUTION”范疇，是本次故障產(chǎn)生的主要因素；剎車防滯活門(mén)性能下降是另一個(gè)因素。防滯活門(mén)性能下降最直接的影響就是對(duì)剎車的使用產(chǎn)生逐漸增大的負(fù)荷，同時(shí)機(jī)輪也因剎車保持止動(dòng)進(jìn)而產(chǎn)生機(jī)輪胎面的磨損。對(duì)機(jī)輪因磨損而更換的頻率性監(jiān)測(cè)可以有效判斷防滯活門(mén)的工作性能，如果再加上對(duì)防滯活門(mén)的到壽性更換，就可以對(duì)防滯活門(mén)問(wèn)題做到早發(fā)現(xiàn)、早送廠檢測(cè)、早更換，從而有效控制因防滯系統(tǒng)性能衰退導(dǎo)致的故障發(fā)生。

5.2 風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和維護(hù)經(jīng)驗(yàn)

1）機(jī)輪和剎車循環(huán)監(jiān)控是否關(guān)系到防滯系統(tǒng)故障，因數(shù)據(jù)量大，需要人工進(jìn)行判斷，容易產(chǎn)生疏漏。

2）設(shè)定的機(jī)輪循環(huán)數(shù)和剎車循環(huán)數(shù)不一定合理，國(guó)內(nèi)航空公司多數(shù)在摸索階段，隨著報(bào)警出現(xiàn)的次數(shù)而逐步完善，目前大多航空公司正在以大數(shù)據(jù)建模的形式開(kāi)發(fā)研究。

3）舊構(gòu)型的防滯活門(mén)存在單個(gè)剎車壓力過(guò)大的風(fēng)險(xiǎn)，因改裝不經(jīng)濟(jì)，此風(fēng)險(xiǎn)一直存在，但是評(píng)估可以接受；防滯系統(tǒng)保留，雖然有飛行操作的提醒以及空地勤交流機(jī)制、會(huì)商機(jī)制等，卻仍然存在操作風(fēng)險(xiǎn)；防滯系統(tǒng)MEL 放行時(shí)，應(yīng)查看飛機(jī)輪胎和剎車的更換履歷，如果存在更換頻次偏差較大的情況，應(yīng)謹(jǐn)慎放行。

總之，防滯活門(mén)性能下降導(dǎo)致的防滯系統(tǒng)故障仍然是波音737 機(jī)型面臨的重大潛在風(fēng)險(xiǎn)，該活門(mén)的性能下降無(wú)法通過(guò)在翼測(cè)試來(lái)檢測(cè)，也無(wú)法通過(guò)維修方案來(lái)有效預(yù)防，爆胎或者脫胎是多數(shù)航空公司遲早要遇到的重大隱患，希望上述研究?jī)?nèi)容對(duì)工程管理者或可靠性管理者有所幫助。