浅谈C172R模拟机副翼传动钢索的国产性替代

韩月+钟如松

摘 要：本文目的在于降低C172飞行模拟机副翼传动钢索的故障概率和维护费用，提升飞行训练时间；对C172R飞行模拟机钢索断裂现象进行系统分析，查明故障规律和发生部位，提出新的替代方式和材料，并进行可靠性分析；替代研究还可用于西门诺尔，奖状等其他飞行模拟器。

关键词：飞行副翼传动钢索；替代；国产化

飞机副翼是指安装在机翼翼梢后缘外侧的一块可动的翼面，和方向舵，升降舵称为飞机的三大主操纵舵面。飞行员操纵副翼使做飞行横滚运动。

在飞行模拟器中，副翼的作用体现在飞行员向左或者向右压驾驶盘时，机头内部的传动钢索通过连动装置和HOST计算机相关联，在视景系统中反映出操纵动作的角度方位等情形。

C172飞行模拟机副翼传动钢索是把飞行操纵转化为飞行模拟器数字信号的第一步，在整个飞行传动系统中起着举足轻重的作用。

目前使用的C172R飞行副翼传动钢索全部进口，由美国TRUsimulator公司生产通提供，价格昂贵并且采购周期相当长。

1.C172R飞行副翼传动钢索的具体构造

C172飞行副翼传动钢索位于飞行模拟机机头内，通过底部一个大滑轮和其余四个较小的滑轮连接起来，形成一个副翼操纵传动系统。它的总体长度大约2米，运行时呈现一个V字形状连动布局。其中直径较大三个滑轮属于铝合金材料，直径较小两个滑轮属于酚醛塑料材质。

2.对C172R飞行模拟器副翼传动钢索发生所有故障进行统计以及归纳

将两年内三部C172R飞行模拟器的钢索故障作出统计，一共发生6次，平均每年每台C172R练习器1次，在C172飞行模拟机所有故障中发生概率相当高，仅次于作动筒损坏故障。

3.分析飞行副翼传动钢索磨损断裂的原因

总体来说，飞行副翼传动钢索主要分为物理磨损和化学磨损两大类。

1）副翼传动钢索的物理磨损情况主要有以下几种：

（一）作动筒牵连的擦刮损伤；

这方面问题主要体现在飞行副翼传动钢索运行中的张力值大小不合适。当飞行副翼传动钢索过紧，导致钢索穿过支撑滑轮时和钢索内部的时候，钢索造成磨粒、断丝或者微动；当飞行副翼传动钢索过松，导致钢索有散股现象，短期会操纵失效，长期会变形过量导致严重后果。

（二）滑轮直径不同导致钢索磨损

当几个滑轮直径大小不同并且分布在飞行副翼传动钢索不同位置时候，造成支撑点较少，飞行副翼传动钢索容易偏离位置，跨度过大，震动也大；容易造成钢丝硬化，从而脆断。

（三）设备散热

设备散热导致温度过高，加速飞行副翼传动钢索的老化。

2）副翼传动钢索的化学磨损主要体现为飞行副翼传动钢索因为长时间处于机房潮湿的环境而出现锈蚀。

4.对比理论分析和实际故障，提出解决方案和替代方法

通过对飞行副翼传动钢索磨损的理论分析和故障统计，我们得出结论，弯曲应力是导致钢索故障的主要因素，主要由于钢索与滑轮、钢丝与钢丝之间的磨损促使疲劳裂纹的萌生。在滑轮材料和直径不变的实际情况下，可以减少扭转及二次弯曲为主要目标来实现飞行副翼传动钢索磨损的减少。新的钢索替代材料应当实现以上目标。

从力学角度为主要出发点，重点分析与飞行副翼传动钢索特性紧密相关的拉伸应力和弯曲应力。

根据胡克定律进一步分析几种不同塑形材料材料在拉伸过程的四个阶段：线弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和颈缩破坏阶段。伸长率ε和应变率σ特性关系如图所示

可以得出结论：不锈钢材料张力和强度比其他塑形材料都要好，加上比低碳钢更加耐磨和抗腐蚀；所以最适合制造飞行副翼传动钢索。

由于原裝飞行模拟机所有钢索备件完全依靠加拿大厂商TRU进口购买，费用实在高昂，我们寻找一种适合做钢索的国产材料替代原装钢索。首先对比一下选择的国产钢丝和进口钢丝的实际差异。

1）使用寿命的比较如图表所示

通过实际数据可以看出，所选择的国产钢丝使用寿命长，并且磨损程度较小。

2）力学性能变化比较

由实际数据可以直观看出，国产钢索力学性能较均匀，波动小；幅度差明显小于日本钢丝；同时，国产钢索的扭转韧性和弯曲次数较好。

分析进口钢索和国产钢索差距的内在原因

（1）国产钢索化学成分以及捻制质量更均匀

国产索氏体化率高，断面收缩率波动小比国产钢索高，不易在钢丝表面形成疲劳裂纹，韧性更好。

（2）钢索股丝数的配置对比

由数据对比可以看出，，国产钢索的第一层和第二层丝径大一些；这样钢索内部结合更紧密，不容易出现散股现象，从而延长钢索的使用寿命。

结论

通过对C172飞行模拟机副翼传动钢索断裂现象进行系统的分析研究，查明故障主要原因和高概率部位，并进行可靠性分析。我们可以得出结论，制造飞行副翼传动钢索应当选择索氏体化率高、组织均匀质量可靠、结构紧密合理，具有适宜的拉伸强度和韧性的不锈钢国产钢索，和均匀充分的润滑，适当的预变形处理，能有效提高飞行副翼传动钢索配件的使用寿命；从而降低飞行模拟器的故障发生率和维护费用，提升飞行训练可用时间。

（作者单位：1.中国民航飞行学院遂宁分院，四川 遂宁629000；2.中国民航飞行学院绵阳分院，四川 绵阳 621000）endprint