某型飞机PCU 系统故障分析及解决措施

潘 悦，曾 天，周 恒，叶景滨

（航空工业洪都，江西 南昌， 330024）

0 引言

PCU 系统又称驾驶员操纵装置系统，是飞机的一个重要组成部件，用于传递驾驶员操纵指令，使飞机各操纵面按操纵指令进行偏转，其工作性能直接影响到驾驶员的正常操纵，甚至涉及飞行安全。 某型飞机在小批产过程中， 大量出现PCU 系统测量数据超差，无法满足设计指标要求，导致产生大量审理，拖延生产进度。 为有效控制PCU 系统审理数量， 本文对PCU 审理故障进行统计分析， 找出超差的主要影响指标，从装配过程、测试过程、系统成件等方面进行分析，找出问题的根本原因，制定了相应的改进措施。

1 PCU 系统组成

PCU 系统是某型飞机飞控系统的子系统，该系统由驾驶杆、脚蹬、纵向调效机构、载荷机构、杆位移传感器、脚蹬位移传感器、阻尼器、拉杆、摇臂、支座等部件组成，系统安装于飞机前、后座舱内，用于控制飞机副翼、平尾、方向舵的转动。驾驶杆及脚蹬组件主要完成传递飞行员操纵动作，将飞行员的机械操纵形成飞行操纵指令。指令传感器能够敏感感应飞行员操纵指令并形成模拟电信号，输入至飞行控制计算机。 载荷机构给飞行员提供与位移成比例的操纵力。阻尼器增加纵向或横向操纵杆系统阻尼。纵向调效机构用于卸除杆力，减轻飞行员在飞行中长时间稳住驾驶杆的疲劳。

2 PCU 系统制造及装配工艺流程

1） 零件制造

零件制造单位按数模和技术规范要求完成管子、支座、摇臂等零件制造，并将零件组合，交付部装厂。

2） 系统杆系装配

部装厂在机身座舱段装配架上通过工装来定位PCU 子系统中的支座和摇臂， 保证支座和摇臂孔轴线位置满足数模要求，从而保证前、后舱拉杆杆系的准确性，然后安装前、后舱拉杆，按技术规范要求进行横、纵、航向的杆系摩擦力测量，测量合格后，从摇臂上拆下拉杆，妥善包扎保护并标识，于飞机合拢总装下架后再重新安装。

3） 系统成附件安装

驾驶杆、脚蹬、纵向调效机构、载荷机构、杆位移传感器等PCU 系统成件经装前试验室装前试验合格后交付总装厂，总装厂通过订制的专用工装，分别以座舱地板上支座和定位孔为基准， 安装驾驶杆和脚蹬，检查驾驶杆和脚蹬T 点位置准确性，若不满足设计要求则通过加垫进行调整，然后完成驾驶杆、脚蹬、纵向调效机构、杆位移传感器、载荷机构等成附件的安装，进行驾驶杆和脚蹬机械中立位置检查与调整、电气零位检查与调整、电气行程检查与调整、静态特性检查、动态特性检查，进行纵向调效机构特性检查。

3 PCU 系统故障统计分析

PCU 系统装机后检查工作内容有：前、后舱联动杆系摩擦力检查、机械零位调整与检查、电气零位调整与检查、静态特性检查、动态特性检查、纵向调效机构特性检查。 某型飞机自研制以来PCU 系统装机后调试经常出现超差现象，主要分为以下几类：

1） 驾驶杆行程、脚蹬行程超差共14 项，占30%；

2） 启动力、操纵力超差共25 项，占53%，其中驾驶杆超差20 项 （横向力超差15 项， 纵向力超差5项），脚蹬5 项；

3） 极限电压值超差4 项，占8.5%；

4） 配平范围超差3 项，占6.4%；

5） 机械中立位置超差1 项，占2.1%。

1、3、4 类故障中由于前期没有测试设备，装前试验室未对驾驶杆脚蹬做装前测试试验，驾驶杆、脚蹬的产品质量未做控制；装前试验室从小批生产第3 架起增加了对PCU 系统的装前测试试验， 对驾驶杆脚蹬前期做了检查，现已经无此类故障发生。 5 类故障为偶发故障。 由此可以看出，PCU 系统装机后调试超差情况主要为驾驶杆横向静态特性检查超差。

4 PCU 系统故障原因分析

从上述故障模式分析可知，PCU 系统装机后调试超差情况主要为驾驶杆横向静态特性检查超差，针对此超差问题，从座舱杆系装配、成品质量以及装前、装后试验三个方面进行了原因分析。

4.1 座舱杆系装配过程分析

现发现驾驶杆横向杆系中拉杆两头安装了球面轴承，据部装厂反映，此类拉杆上的轴承经常出现转动不灵活现象，针对此情况，工程技术部门测量了12架份此类拉杆中轴承的启动力矩值。

通过测量分析， 当轴承启动力矩≥0.05N·m 时，轴承转动紧涩；拉杆合格率低，分别为33%和25%，而且大部分不合格拉杆一端紧涩、一端灵活，但拉杆头两端孔内径尺寸皆为φ14N7， 轴承为同一规格；拉杆合格率高，达64%，不合格的拉杆也是一端紧涩、一端灵活。

驾驶杆横向杆系中球面轴承存在紧涩现象，而驾驶杆横向启动力、操纵力又经常超差，为了摸索球面轴承启动力矩对驾驶杆静态特性中横向启动力、操纵力的影响，我们在某架机上进行了工艺试验，通过更换不同力矩值的前舱拉杆和后舱拉杆，在同一架飞机上进行驾驶杆启动力、操纵力测试。

通过测量分析，拉杆力矩值越大，驾驶杆启动力、操纵力值越大；前舱拉杆力矩值对前舱驾驶杆启动力有影响，但对操纵力影响较小，对后舱驾驶杆启动力、操纵力影响较大；后舱拉杆力矩值对前、后舱驾驶杆启动力、操纵力影响较小。

按设计规范要求，从01 架起，部装安装完座舱杆系后，须进行横、纵、航向杆系摩擦力检查，根据部装所有记录的结果可知，都符合要求，01 架杆系摩擦力数据见表1。

4.2 PCU 系统装前、装后测试过程分析

由于前期缺少测试设备的原因，驾驶杆、脚蹬等成件的产品质量未做控制， PCU 系统脚蹬、驾驶杆等成件是装机验证，从01 架才开始进行PCU 系统的装前测试，对应表1 中01 架、02 架出现的超差问题，PCU 系统装前测试数据都合格，具体见表2。

表1 前、后舱联动杆系摩擦力

表1、表2 中数据都符合设计规范要求，但在进行PCU 系统静态特性检查时，出现了启动力超差现象，对此，工艺技术人员到特设试验室和总装现场对PCU 系统测试设备、测试环境进行对比，对其中存在的差异性进行了初步判定，发现主要集中在以下几点：

表2 PCU 系统装前测试数据统计

1） PCU 子系统装前和装后测试方法具有差异性，自小批生产开始，测试方法完全统一；

2） PCU 系统装前和装后测试设备（包括杆力-杆位移传感器）不完全一致，可能导致测量结果差异；

3） 不同测量人员对测试结果会产生不同的影响（包括人为操作、人为读数误差）；

4） 特设试验台固定同一套杆系进行装前试验，杆系摩擦力相对固定，实际现场飞机状态不同，杆系的摩擦力也会不同（都在合格范围内），对测量结果会产生一定的影响。

4.3 PCU 系统成件分析

在小批飞机生产过程中，针对PCU 系统驾驶杆空行程、启动力、操纵力超差等批次性成品问题，工作人员对驾驶杆进行了返厂调试修理，为查找驾驶杆产品问题，主机技术人员赴成品厂与厂家人员共同查找PCU 系统驾驶杆空行程、启动力、操纵力超差可能形成的原因，最后归纳成以下四点：

1） 横向后舱空行程：前/后舱驾驶杆组件中使用的关节轴承因研磨过度后出现较大轴向活动间隙，导致系统空行程超差。

2） 横向启动力偏大：前/后舱驾驶杆组件转盒内部分轴承未充分润滑，驾驶杆组件的防尘套在操纵时对驾驶杆有轻微牵扯。

3） T 点未与对称轴线重合：驾驶杆横向T 点中立位置检查不到位。

4） 纵向最大操纵力偏小：纵向载荷机构的标称值折算至纵向T 点的力值偏小约3%；纵向调效机构和前舱驾驶杆转盒刚度较弱对操纵力的影响约2%；导致前舱驾驶杆纵向操纵力偏小约5%。

将小批生产的飞机驾驶杆返厂进行复测，发现由于上述四点原因造成驾驶杆批次性质量问题，大部分驾驶杆不合格，影响装机后测试结果。

4.4 分析结果

从上述原因分析可以基本得出，造成飞机驾驶杆装后超差审理的几点重要因素如下：

1） 轴承的安装会影响拉杆的力矩， 拉杆的力矩会对启动力、操纵力有一定影响。

2） 前期研制阶段缺少装前测试设备，驾驶杆、脚蹬等成件产品质量未做控制。

3） 驾驶杆质量不稳定。

4） PCU 子系统测试方法存在差异。

5 PCU 系统故障改进措施

综合上述分析，通过对座舱杆系装配过程、成品质量以及装前、装后试验等三个环节加强控制，提出以下改进措施：

1） 要求部装厂从01 架开始，按设计规范要求进行前、后舱联动杆系摩擦力检查。

2） 在部装压完轴承衬套的拉杆交付到总装阶段，要严格控制多余物，不允许任何异物掉落进轴承衬套内。

3） 装前、装后测试PCU 系统工艺方法要完全统一。 明确测试次数不小于3 次，且连续测试的合格率应为100%，反之则测试次数应不小于5 次，连续测试合格率应不小于70%。

4） 由于同一个人操作特设装前测试设备和总装测试设备，数据都无法做到一致性。 工程技术部门发文明确装前试验室完成装前测试设备的优化，要求装前测试夹具和力传感器必须与总装厂一致，以此来保证测量数据的准确性、唯一性。

5） 驾驶杆本身的8 个安装孔相对位置稳定性差，现行采用的是配钻地板安装孔，互换性差，现已定制厂际协调模板协调制出驾驶杆和座舱地板的安装孔，从而实现驾驶杆的互换。

6 PCU 系统故障改进措施效果评估

上述工艺改进措施已经实施，后续生产10 架飞机的测量数据显示，驾驶杆横向静态特性装机后全部合格，具体数据见表3。

表3 驾驶杆静态特性检查结果

7 结语

本文针对某型飞机PCU 系统测试过程中出现的一系列超差审理等问题，组织对问题进行了查证和改进，通过与承制厂的厂际协调解决了PCU 成品的问题，同时采取了相应的工艺改进措施，解决了操作手法、测量手段等方面的问题。对后续飞机的跟踪验证表明措施有效，已基本解决某型飞机研制以来PCU 系统存在的一系列问题，为解决同类故障提供了借鉴。