Cessna172R飞机钢索损伤原因分析及预防

王丹

摘 要：飞机钢索作为软式传动机构的一部分负责将操纵机构的信号传送到舵面。由于钢索传动机构具有重量较轻、占用空间小及装配时容易绕过其他设备等优点，所以对于塞斯纳172R这样的小型飞机很重要。该论文首先对飞机钢索的自身结构、作用、传动特点以及相关重要部件进行概述说明，然后对钢索损伤进行了原因分析，总结了钢索维护操作过程以及机务工程部门应对钢索损伤问题采取的举措。

关键词：Cessna172R 钢索 损伤 预防

中图分类号：V24 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（c）-0011-03

飞机上的操纵钢索通常是用碳素钢或不锈钢制成的。不锈钢钢索的抗腐蚀性好，用于水上飞机和农用飞机。碳素钢钢索的抗拉强度好，民航客机通常都使用此种钢索。钢索由钢丝扭合而成。每根钢索由7股钢丝扭合在一起，每股包括7根或19根钢丝，用7×7（如图1（a））或者7×19（如图1（b））表示。7×7为中等柔度钢索，用于调整片、发动机操纵和指示信息；7×19为柔性钢索，用于主操纵系统。在操纵飞机的过程中，需要两根钢索构成回路，以保证飞机多面能在两个相反的方向旋转，两根钢索轮流起作用，一根主动，一根被动。

飞机的传动机构的作用是将操纵机构的信号传送到舵面或液压助力器。传动机构通常有软式、硬式和混合式三种。软式传动机构主要包括钢索和滑轮等构件。钢索的直径由钢丝的直径和根数据顶，一般范围是1/16～3/8in。在软式传动机构中，操纵力只能依靠钢索的张力传递（钢索只能承受拉力，不能承受压力），因此必须有两根钢索构成回路，才能实现双向操纵。为了改善软式操纵的灵敏度，操纵系统中的钢索在安装之前必须用相当于设计强度50%～60%的作用力进行预拉伸处理；装到飞机上的钢索也要预加载，把钢索拉紧，具有一定的预加张力。这样在操纵时传动钢索就不容易产生伸长变形，保证操纵系统的灵敏度。软式操纵系统里，钢索属于重要部件，其优点很多，例如，构造简单，尺寸较小，重量较轻，比较容易绕过机内设备，同时，它的缺点也比较明显：由于钢索的刚度小，所以受力后容易被拉长，使操纵灵敏度变差，并且在飞行中舵面容易产生颤振，且极容易磨损腐蚀。

飞机上的钢索终端可以采用不同的接头方式，主要包括：钢索球头、环眼接头、端杆接头、螺纹接头、螺套接头、叉形接头等、它们都是挤压在钢索端头的。螺纹接头、环眼接头、叉形接头、单柄球头、双柄球头主要用于连接钢索到松紧螺套、扇形轮等机构。

如图2所示，（A）为双柄球头；（B）为单柄球头；（C）、（D）为螺纹接头；（E）、（F）为环眼接头；（G）为叉形接头。

Cessna172R型飞机上与钢索相关的重要部件：（1）滑轮、扇形轮和钢索鼓轮：滑轮用来支持钢索和改变钢索走向。它通常用胶木或硬铝制成，为了减小摩擦力在支点处装有滚珠轴承。扇形轮多用硬铝制成，在支点处也装有滚珠轴承。扇形轮能支持钢索和改变钢索走向，钢索接头通常固定在扇形轮上。另外，扇形轮常固定在扭力管上，使得钢索可驱动扭力管转动。钢索鼓轮与钢索的连接情况与扇形轮相似，也是通过钢索球头或圆柱头固连，钢索相对于鼓轮不会滑动。（2）扭力管：扭力管广泛应用于飞行操纵系统中需要传递角位移和转动之处。操纵系统里通常需要钢索进行远距离传递动力到液压助力器；钢索动力传递到扇形轮，扇形轮带动扭力管转动，并带动输入杆摇臂，推动输入杆移动，最终将钢索传送来的机械信号传递到液压助力器。（3）钢索导向装置：导索环可以由非金属材料或金属材料制造。在钢索通过隔板或其他金属零件上的孔时，导索环将钢索包起来，保护钢索。导索环轴线与钢索直线之间偏斜不能大于3°。 （4）松紧螺套：松紧螺套用来调整钢索的预加张力。螺套的两端都有螺纹和钢索接头配合，且一端是正螺纹，另一端是反螺纹。（5）张力补偿器：张力补偿器可以在一定范围内保证钢索张力不受温度变化的影响。

Cessna172R型飞机上常见的钢索损伤形式有腐蚀、锈蚀、断丝、压伤、急剧弯折、散股、个别股凸起、磨损，但较为常见的则是腐蚀、锈蚀、断丝和磨损。这4种损伤形式看似独立，却也有着一定的联系。最为常见的锈蚀是腐蚀的其中一种形式。磨损与腐蚀最终的发展趋势是断丝的。就是说，如果钢索在环境恶劣的情况下工作，且没有被及时发现，最终会导致比较严重的后果—— 断丝。而在某种情况下钢索的磨损也会演变成腐蚀。钢索的磨损会造成失去防腐润滑油和金属光洁层的保护，一旦外来污染物入侵，则可能发展成为腐蚀。

所有的损伤形式不排除飞机厂家设计制造的缺陷，在没有设计制造问题的前提下，来讨论钢索损伤可能的原因。

（1）钢索的磨损。

磨损，顾名思义是物体间摩擦造成的损伤。对于钢索的磨损，原因很多。

①振动，指飞机在飞行过程中，受某些因素影响发生抖动，使得钢索与飞机其他部件接触而发生相对运动，摩擦所引起的磨损。这种情况不仅使钢索磨损，同样会给其他部件造成伤害。

②滑轮与导向器，前面有提到，钢索在滑轮与导向器部位最容易发生断丝。滑轮部位的钢索在传动中要反复受到弯曲和拉直的作用，即经常要受到重复载荷，因而容易断丝。不仅如此，钢索在滑轮与导向器处产生相对滑动，因磨损而发生断丝。

③环境，钢索受工作环境的影响，实质上就是工作环境中的杂质，附着在钢索或封严处，加大钢索的摩擦，使钢索提前受损。国内空气质量普遍偏低，钢索工作环境较差，因而使得钢索磨损加大。

④装配间隙过小，当钢索与其他部件间的间隙过小时，当温度上升一些部件由于热胀冷缩而膨胀与钢索接触并发生相对滑动，钢索及各部件皆磨损。机务人员在铺设钢索时应考虑此问题，可以避免磨损的发生。

⑤预加张力不足，操纵系统中的钢索都有一定的预加张力如果钢索预加张力不足，不仅会使弹性间隙过大，而且钢索松弛时，它与滑轮之间会产生相对滑动，因而还容易磨损。机务人员在调节钢索张力时应当谨慎。

⑥润滑不到位，钢索在传动过程中往往会与许多部件有接触，比如滑轮、导向器等，所以润滑工作工作很重要。一旦机务人员对钢索润滑不到位，易使钢索产生磨损，并对以后的维护工作造成影响。因钢索的润滑不到位而发生的不安全事件较多，比较典型的事件：2007年8月23日某航空公司的B737-300飞机在大连过战，机务人员在做组后的绕机检查时发现飞机右机翼下部襟翼夹缝中露出约1 cm不明线头，进一步检查确认飞机扰流板钢索在导向滑轮处断裂。断裂钢索为6号飞行扰流板收回钢索，编号WSB2-4，直径3/32英寸，长305.1英寸。经调查分析，该飞机的钢索断裂原因如下：第一，刚钢索属于碳钢钢索，耐磨性和抗腐蚀性较差，不如不锈钢材料钢索，出现磨损断丝后很容易导致钢索断裂失效；第二，该钢索断裂部位处于导向滑轮处，工作环境恶劣，润滑困难，容易污染腐蚀，且出现腐蚀不易发觉；第三，局部润滑不足。

（2）钢索的腐蚀。

对于钢索的腐蚀，其造成的原因可能有如下情况。

①钢索磨损后被污染所引起的腐蚀。钢索在磨损后，其防腐润滑油和金属光洁层被摩擦掉，因而得不到保护而被污染物腐蚀。

②温度，虽然塞斯纳172R是小型飞机，但巡航高度也有4 000多米。对流层的位置约由地面至12 km的高度。在对流层里的气温随着高度增加而降低，大约是每上升1 km下降6.5 ℃。所以在一定温度条件下可能形成水附着于裸露的钢索而发生锈蚀。

③环境，对于沿海城市，空气中含盐量比较高，氯离子的含量就会很高，对钢索产生腐蚀作用。对于机场地区来说，由于汽车尾气和航空发动机的排气，空气中含有SO2等腐蚀性气体。虽然机场地区空气的SO2含量很低，但因为它在水中的溶解度相当高，对飞机结构或附件的腐蚀作用仍然较大，SO2对金属腐蚀的影响好似一种催化剂，显然，由于SO2的作用，催化了腐蚀进程。

④机务人员维护不到位。在操纵钢索处涂润滑油是防腐和防磨损的必要措施。航空器的操纵钢索用碳钢丝制成，使用油脂来防止其磨损和腐蚀，如果油脂被冲掉或擦掉，水分进入内部就会产生腐蚀。因此，机务应及时对钢索涂刷润滑油。另外还要注意不要用带有油脂清除剂的布擦拭操纵钢索，否则会清除润滑油。对于不锈钢钢索，不推荐使用润滑油润滑。试验表明，即使涂上润滑油，不锈钢扔存在磨损掉的颗粒。建议用干净布擦拭不锈钢钢索。

（3）断丝。

之前笔者提到过，钢索的磨损与腐蚀发展趋势是断丝，不仅如此，当钢索预加张力过大，钢索就要经常承受过大的载荷，也容易出现断丝。而在滑轮处，钢索在传动中反复受到弯曲和拉直作用，经常受到重复载荷亦容易发生断丝。

飞机的操纵性是飞机跟随驾驶员操纵驾驶杆、脚蹬动作而改变其飞行状态的特征。飞机通过主操纵面—— 升降舵、方向舵和副翼对绕3个轴的运动进行操纵。而钢索在飞机操纵系统中承载传递机械信号的重任。对于赛斯纳172R型飞机，驾驶员所动操纵机构，通过传动机构（钢索、滑轮、摇臂等）直接输送到舵面，操纵舵面偏转。由此看出钢索的重要性，一旦钢索损伤或断裂，驾驶员将会操纵困难或无法自由操纵舵面的偏转，在很大程度上影响飞行安全和乘坐舒适度。因此，机务人员在对飞机的维护中应做好检查维护工作，保障飞行安全。预防措施应做到：在安装钢索时应确保钢索处于正常状态；钢索处于平直状态，确保没有缠绕以及钢索没有过度磨损；钢索张力正常，缓慢调节钢索张力，确保一根钢索不会横跨在另外一根钢索上，确保钢索没有扭曲现象；采用防护措施保护钢索。机务工程部应加强对维修的监管力度，重视质量监督和维修审核。必要时发临时工作单对其余172飞机钢索状态进行一次性普查。针对特殊的事件开会讨论，找出事件原因并加以科学性分析，并制定相关的维修计划和处理措施并记录。对于机务人员加强培训，提高机务人员的维修素质。

参考文献

[1] Cessna 172R/172S Maintenance Manual[S].Cessna Aircraft Conmpany，2007.

[2] G1000-CessnaNavⅢ-Line Maintenance Manual [S].GarminLtd，2007.

[3] 阎成鸿.CESSANA172R型飞机机型培训教程[M].航空工业出版社，2008.

[4] 蒋陵平.机务维修实践指南[Z].航空工程学院机务维修实践基地，2008.