飞机反推操纵杆的防误动设计浅析

陈茹 刘雷

（北京青云航空仪表有限公司，北京101300）

0 引言

现代飞机大多设计有反推系统，主要功能是在飞机着陆时提供反推力，以减轻机轮刹车的负载，提高制动性能。飞机反推系统发生故障的后果严重，其中，反推意外打开可能引发灾难性事故。天马航空402号航班起飞时，右舷发动机出现一个不受指令的反推力，致使飞机不受控制失速，造成99人死亡；劳达航空004号航班驾驶B767飞机，因反推在空中意外打开，导致全机223人不幸罹难。此外，统计数据显示，反推开锁是造成发动机空停/中断起飞/返航/取消延误的最主要原因[1]。因此，反推功能对飞机经济性和航班可靠度影响较大。

驾驶人员的人为差错是飞机失事的重要原因[2]。为防止反推操纵错误或不当导致的反推故障，需进行反推力防误动设计。发动机的推力控制器件一般是位于中央驾驶台的推力控制杆（也称油门杆或油门台）。通过推力控制杆在反推行程内的操纵，产生反推控制指令并传递给发动机控制系统，以实现飞机反推力的控制。本文介绍了几种常见的防油门杆反推误操作的方法。

1 适航条款对反推防误动的要求

适航条款第25.1155条要求反推力的每一操纵器件必须有防止被误动的措施，且在慢车位置有可靠的锁和止动装置。当操纵器件从正推力状态移开时，必须有一个单独和明确的操纵动作，以保证飞行安全[3，4]。

2 飞机反推操纵的防误动设计

在飞行慢车位置的锁或止动器可为机械式或电控式。其中，机械锁止器方案受油门杆组件构型的影响，目前根据正反推油门杆的相对位置，主要有直通式构型和背负式构型，背负杆式油门台正推力和反推力由两根杆分别控制，直通式油门台由同一根杆控制。

2.1 机械防误动设计

采用纯机械结构设计可以实现对反推操纵的防误动设计，从功能上实现机械内锁的作用。常见的机械止动结构包括棘爪/棘轮、限位销、限位槽等。

2.1.1 直通式油门台扳机式防误操作

A320、ARJ21、新舟系列客机的油门台均采用直通式油门台构型[5，6]。正推杆和反推杆为同一杆，但正推行程与反推行程位于两段不同的滑轨上，两条滑轨在慢车位置相交处设置台阶（机械挡块）作为止动面。当飞行员由正推操作转向反推操作时，需在慢车位置操作扳机，解除机械限位的阻挡，使与油门杆连接的销轴由正推轨道进入反推轨道。为防止反推误动，可设置一个弹簧与销轴相连，使销轴在弹簧力作用下可保持在正推轨道内，在台阶处变换轨道时，需克服弹簧力，才能将滚柱拉入反推轨道。典型结构如图1所示。

图1 扳机式防误操作原理图

2.1.2 背负式油门台正反推互锁

对于背负式油门杆，正、反推杆分别在各自的导轨内运动，实现正反推互锁。

空客飞机采用导轨和滚子或销的锁定方式，正反推轨道分离，分别与正推杆和反推杆相连的两个滚子在各自轨道内运动，两滚子间通过连锁杆实现连接。利用两个推力轨道的错位匹配，连锁杆两端的滚体分别会在正推力轨道和反推力轨道中运动，当一侧的滚体处于推力轨道时，另一侧的滚体处于限位卡槽。

波音飞机油门杆曾采用过棘爪的止动方式[5]。如图2(a)所示，当正推力杆进入正推力区域时，棘爪端部A位于控制腹板下方，此时，棘爪端部B可锁定反推拉杆（反推拉杆与反推杆相连），使反推拉杆与正推杆保持相对位置的固定，即反推杆处于慢车位置。当正推力杆位于飞行慢车位置时，拉动反推手柄，与反推杆相连的反推拉杆可推动棘爪向上，使棘爪端部A卡在腹板孔位置，棘爪尾部C可锁定正推杆，防止正推力杆移动，同时，棘爪端部B可解除对反推拉杆的限位，允许飞行机组移动反推手柄，图2(b)所示。

图2 棘爪原理图

2.2 电子防误操作设计

除机械式防误操作外，波音、新舟等系列飞机还增加了电子控制的反推力联锁装置（电磁锁）。电磁锁位于反推慢车位置，多数时间处于锁定状态下，以防止反推意外打开；当反推杆转动到设定角度时，经过发动机控制系统信号接收和逻辑处理，向油门台发送电磁锁打开指令，允许反推杆移动、进一步增大反推力。

3 各种防误动方案的权衡分析

3.1 直通式和背负式油门杆的比较

正反推油门杆相对位置作为反推防误动方案的结构上的限制条件，会间接影响反推防误动方案的选择。

直通式油门杆结构简单，直接与角度解算器或输出轴相连。相对来说体积小，重量轻，可靠性指标更容易满足。对于需要两个以上油门杆的情况，如四发干线飞机，考虑驾驶员一只手难以同时操作四个反推扳机，一般不选择直通式油门杆。

背负式油门杆布局，实现了反推力杆与正推力杆的分离，使正推行程和反推行程的空间角度变大，利于操纵精度的提高，适合飞行平稳、不需频繁操纵的运输机。

3.2 导轨-滚子/销与棘爪止动锁的比较

导轨-滚子/销的止动锁设计利用了正推杆和反推杆的弧形运动轨迹，整个油门台机械部分采用轴承和齿轮的传动方式，结构设计巧妙，止动面防突破能力强，不易发生磨损和卡滞，具备一定的优势性。棘爪和控制腹板的止动锁设计需要一个长度可变的杆，以消除棘爪机构的运动带来的轨迹变动影响，因此，整个油门台采用连杆的传动方式。止动器机械锁最终效果的好坏，如操作舒适性、可靠性等，除止动锁的机械类别差异外，很大程度上取决于整体设计方案的优化程度、工艺合理性以及对生产过程的控制。

3.3 电磁锁的利弊

反推功能失效影响等级较大的情况包括空中反推意外打开（单侧或双侧）和着陆时反推失效（单侧或双侧）。对应于反推操纵器件相关的子故障为：空中单侧反推手柄意外操作、空中双侧反推手柄意外操作、以及着陆时双侧反推无法操作（当单侧反推操纵器件故障时，飞行员根据操作程序应停止单侧反推操作）。

虽然仅设置机械反推锁，但可以满足适航条款25.1155条的要求。同时在反推机械锁的基础上增加反推电磁锁，为防止反推误操作提供了双重屏障，在反推机械锁被意外打开时，如遇到颠簸反推锁被暴力解锁或飞行员无意碰触油门杆造成意外解锁，电磁锁可有效减少空中反推意外打开的概率，仅从该功能失效状态考虑，电磁锁的增加有利于提升飞机的安全性。

但电磁锁的增加也会带来一些弊端。电磁锁组件内存在寿件和易损件时，可能影响整个油门台的所用寿命，增加维修成本；电磁锁存在无法打开的风险，降低了油门杆反推操作的工作可靠性。

4 结语

反推操纵的防操作方案的选择，应考虑从飞机到系统到设备的需求分配指标，结合油门台供应商的技术基础和优势，在满足主机要求和适航条款要求的前提下，从对飞机的安全性、可靠性、维修成本、经济性、人机工效等多方面进行综合权衡，寻求对上述指标贡献更大的方案。在电磁锁技术成熟，故障率低的情况下，倾向于采用机械锁和电磁锁结合的方式，以提高反推功能的安全性，降低失效概率，满足反推操纵器件的防误动要求。