CESSNA172R飞机方向舵操纵钢索故障分析

郭湘川 付贵

摘  要：方向舵是飞机用来改变飞行方向的重要部件，它主要是通过方向舵操纵钢索来控制方向舵面完成方向的改变。频繁使用的钢索会发生磨损、断裂、弯曲疲劳、生锈等故障，严重威胁到了飞行的安全。该文根据CESSNA172R方向舵操作系统的结构特点，通过钢索结构组成原理对钢索失效的原因进行分析，提出了预防飞行方向舵操纵钢索失效的措施和维护预防方法，减缓钢索损伤速度，提高钢索的使用寿命，保证飞机运行安全。

关键词：CESSNA172R  方向舵  钢索  故障分析

中图分类号：X951   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）06（b）-0037-02

方向舵主要用来控制飞机的偏航操纵，它的操纵是通过驾驶员脚蹬踏板来实现舵面的转动，踏板与舵面之间由操纵钢索连接。飞机操纵系统的钢索通常是用碳素钢或不锈钢制成的，它具有较高的抗拉强度、疲劳强度和冲击韧性，能承受多种形式的交变载荷，可传递较长距离载荷，承载安全系数大。CESSNA172R飞机的每根钢索通常由7股钢丝扭合在一起，每股包括7根或19根钢丝，用7×7或者7×19表示。钢索在使用的过程中同时受到扭转和拉伸作用，且相互影响。由于受力较为复杂，使用环境多变等原因，容易造成磨损、断裂、腐蚀、变形及疲劳等失效形式，严重影响了飞行安全。该文根据某飞行学院训练机型CESSNA172R方向舵操作系统的结构特点对钢索失效的原因进行了分析，利用ANYSY Workbench进行了有限元分析，提出了预防飞行方向舵操纵钢索失效的措施和维护预防方法，提高钢索的使用寿命，保证飞机运行安全。

1  方向舵钢索操纵系统介绍

CESSNA172R飞机方向舵操纵系统如图1所示，它由脚蹬机构、复位弹簧、钢索、滑轮和相关连接件组成，系统各部件通过相互连接和相互作用，组成一个闭环回路。该机型方向舵操纵系统的闭环回路不同于一般软式飞行操纵系统的钢索回路，一般软式飞行操纵系统的钢索回路的张紧程度是通过直接调节钢索张力值来直接设置，而CESSNA172R飞机方向舵系统的钢索回路的张紧程度是通过调节脚蹬枢轴到前防火墙的距离来进行设置的，通过调节钢索的长度改变复位弹簧的长度，进而改变弹簧张力达到改变回路张力的目的[1]。

2  方向舵操纵钢索失效的原因分析

2.1 钢索磨损

钢索磨损是钢索失效的主要原因之一，根据调查研究，CESSNA172R飞机方向舵钢索磨损部位都发生在如图1所示的FS142.00滑轮处。导致操纵钢索磨损的因素主要有：钢索走向不合理、钢索与结构件之间间隙过小，造成使用中的磨损;操纵钢索常年裸露在外面，造成了钢索污染，许多杂质附着在钢索上面给钢索造成很大影响;导向器、防磨块等材质相对钢索的硬度过高;导向器的结构形式、设计尺寸的不合理性。

2.2 过载拉断

利用ANYSY Workbench软件对這次受力进行仿真分析，从计算分析结果可知，钢索的最大应力分布在钢索弯折处的最上部，最大应力为拉应力，大小为124.24MPa，应力分布如图2所示。

3  预防方向舵操纵钢索失效的措施

根据以上对CESSNA172R型飞机方向舵操纵系统钢索失效的原因分析，针对钢索磨损、腐蚀、过载拉断等因素，在不改变现有飞机方向舵结构的基础上制定以下预防钢索失效的措施。

（1）定期检查钢索，及时更换不符合要求的钢索。对于断丝散开的钢索可用抹布检查;对于磨损区域比较光滑或有光滑凹坑的钢索，应将钢索松脱，轻微旋转、弯曲钢索损伤部位，检查钢索损伤状况[3]。

（2）设置合理的钢索张力值，防止由于钢索过松带来的钢索大幅振动。

（3）保证钢索与防磨块、机身隔框有适当间隙，避免操纵钢索与两者直接接触。

（4）注意检查操纵系统的活动部件，尤其是外露的活动部件，确保无腐蚀和外来物污染，从而避免钢索过载拉断。

（5）重点检查飞行操纵钢索经常发生磨损的区域和疲劳危险区域。

参考文献

[1] 杜仲，刘德胜，许将军，等.CESSNA172R飞机飞行操纵钢索故障原因分析[J].中国安全生产科学技术，2014（2）：155-159.

[2] 刘庭耀，赵晓辉.飞机操纵系统钢索断裂原因分析[J].失效分析与预防，2009（11）：247-250.

[3] 罗裕富.CESSNA172R飞机操作系统钢索分析[J].科技风，2012（10）：5.