某型飞机平尾活动间隙的定量检查与控制

■ 卢京明/航空工业第一飞机设计研究院

0 引言

如果飞机活动舵面间隙,特别是平尾活动间隙过大或者不能予以有效控制时,则可能引发飞行操纵品质问题或飞机振动/抖动问题。目前,在外场飞机定检维护以及大修现场,对于飞机活动舵面间隙的常规检查手段是,不允许存在明显的间隙晃动感觉和异常的金属撞击声,这是对包括平尾间隙在内的飞机舵面间隙以及助力器后操纵系统的基本要求。但是,对于解决实际型号的飞机平尾间隙问题来说,如果不能进行定量检查和控制,其处理结果可能会因人而异。因此,本文主要通过在某型飞机全机主操纵系统（以下简称全机系统）疲劳试验过程中对平尾间隙的测量检查以及数据分析,探讨如何对平尾间隙进行有效的定量检查与控制。

1 平尾活动间隙控制值确定

为保证飞行品质,飞机规范对活动舵面及助力器后段自由间隙所允许的舵面偏度值有一定的要求,如MIL-A-8870规范对平尾自由间隙偏度值的要求为0.034o（相对飞机其他活动舵面,平尾间隙的间隙要求更为严苛）。但是在实际外场飞机的定检维护及大修中,对于平尾间隙的检查与控制,使用这一颤振设计要求往往并不合适。如果要对平尾间隙进行有效的定量检查与控制,就应该分析并确定其平尾活动间隙的控制值。对此,首先根据型号飞机对平尾舵面偏度值的设计要求,给出初始控制值；通过对平尾舵面连接以及助力器后操纵系统关键部位连接的松紧调整、预设间隙及预装测试等,对晃动平尾舵面所出现的间隙大小和异常情况进行界定分析,进而对初始控制值进行修正；最后进行实际考核和验证。由此分析并确定了某型飞机平尾间隙的控制值为10mm。

图1 平尾活动间隙示意图

平尾间隙是指在助力器供压情况下,平尾在其中立位置上下晃动的间隙范围,即靠近飞机对称面的平尾后缘内侧尖点相对固定翼面相邻点的上下晃动距离,参见图1中a点所示的平尾间隙值δ（mm）。平尾间隙可按工程方法进行测量,其测量要求为：双手晃动平尾舵面的力一般不超过50N；不同测量人员轮流操作,测量3次并取其平均值作为最终的测量结果；在测量平尾间隙的过程中,要求测量人员通过手感、晃动及听声音等手段,对平尾舵面连接以及助力器后操纵系统连接的部位进行判断和检查,及时对出现问题或异常情况的螺栓、衬套及轴承等连接件进行紧固、检修或换新处理。

2 平尾活动间隙控制值验证

2.1 全机系统疲劳试验与验证

某型飞机主操纵系统是由机械/液压/电控/自制件/成品件等组成的硬式不可逆操纵系统,其全机系统疲劳试验总体要求为：全机系统疲劳试验与机体疲劳试验在同一疲劳试验机上进行并疲劳同试[1],考核在正常操纵情况以及应急操纵情况下的全机系统疲劳性能（目标寿命）和性能指标（静态性能）；在全机系统及机体的每个疲劳试验周期后,除正常的全机系统手动测量、无损探伤等检查外,还要求对飞机活动舵面间隙进行测量和检查。因此需要定期对平尾间隙及其变化规律进行测量分析,同时对界定的平尾间隙控制值进行验证。

为便于讨论和分析,将平尾间隙的测量数据绘图,如图2所示。图2中,纵坐标为平尾间隙测量值（mm）；横坐标为平尾间隙测量序号,分别对应机体疲劳（共4倍寿命试验期、每1倍寿命期含7个块谱）每个块谱试验结束后的左/右平尾间隙测量顺序号；测量序号6、14、22分别对应机体每1、2、3倍寿命试验期后经过对助力器后操纵系统相关连接部位紧固/调整处理后的平尾间隙测量,即为下一个机体寿命试验期平尾间隙测量的起点。对平尾间隙控制值的验证结果为：当平尾间隙超过其控制值时,则出现不可接受的间隙晃动感或异常的金属撞击声,当平尾间隙小于其控制值时,平尾间隙状态基本正常。

图2 某型飞机平尾活动间隙测量数据

2.2 外场飞机实例与验证

在外场飞机使用过程中,曾出现过两起并经分析确认是由于平尾活动间隙较大而引发的飞机振动事故,而相应的平尾间隙为10mm或大于10mm。可见,上述给定的平尾间隙控制值是合适的。

飞机首翻大修时（对应全机系统及机体1.1～1.5倍寿命试验期）,虽然发现平尾助力器后连接螺栓出现磨损/划伤现象,但未出现平尾活动间隙异常或超标问题；飞机二翻大修时（对应全机系统及机体2.2～2.6倍寿命试验期）,发现除助力器后连接螺栓磨损/划伤较严重外,还发现助力器后系统连接的衬套磨损严重,另外,在进厂故检的平尾灵活性检查中,曾出现连续几架飞机平尾“抖动”现象,均与图2所示的平尾间隙测量数据及其变化趋势相符。

3 平尾活动间隙控制与应用

综上所述,确定对飞机平尾活动间隙以及助力器后操纵系统磨损间隙的检查控制要求为：在飞机外场定检、维护、大修或翻修时,均应对平尾间隙状态进行检查、确认和控制,保证在飞机使用过程中平尾间隙不超过其间隙控制值；另外,由于平尾助力器后操纵系统各个环节的磨损间隙最终体现在平尾间隙的增加上,因此,在飞机定检维护时,应对重点环节或部位的零组件进行表面/间隙检查,并及时对相关的故障连接件进行拆检、检修、配装、换新处理。重点检查部位包括：平尾助力器后操纵拉杆两端的轴承连接、三角摇臂与助力器及其与操纵拉杆的螺栓/衬套连接、平尾舵面与操纵拉杆的螺栓/轴承连接等。

在飞机大修时,通过对平尾操纵系统以及平尾舵面的中立/舵偏如驾驶杆中立K0值、舵面中立J0值等参数的测量和调整,能够保证平尾舵面位置满足设计要求并使飞机具有良好的纵向操纵性能［2］。但是,这些参数均是针对平尾中立位置而不是针对平尾活动间隙而言的,不能解决对平尾间隙的定量检查控制问题。因此,在现有飞机定检维护规程中,应该增加对平尾间隙定量检查与控制的可操作条款（检查项目及内容）。在实际应用中,可将上述飞机平尾间隙控制值与常规检查手段一并使用,从而对飞机平尾间隙进行了有效的定量检查与控制。

4 结束语

本文通过对飞机平尾活动间隙控制值的分析和验证,给出了某型飞机平尾活动间隙以及平尾助力器后操纵系统磨损间隙定量检查与控制的技术要求,相关条款及内容已成功纳入飞机维护大纲中,有助于进一步保证某型飞机的飞行操纵品质,避免因平尾间隙过大而出现不良飞行特性或者可能引发的飞机振动问题。

［1］ 卢京明.飞机全机主操纵系统与机体同时进行疲劳试验的联调测试及试验监控[M].飞机设计,2009（3）：9-13.

［2］ 金本同.某型飞机水平尾翼操纵系统的测量与调整[Z].1999.