轻型民用直升机载荷补偿器连接螺栓磨损故障分析与排除

赵江 吕明月

【摘  要】分析了轻型民用直升机操纵系统尾桨载荷补偿器操纵摇臂在使用中产生磨损的原因，提出了改进的措施，并在使用中得到了贯彻落实，保证飞机的使用安全。

【关键词】直升机;载荷补偿器;操纵摇臂;磨损

Abstract：This paper analyzes the cause the connecting bolt abrasion of some type helicopter'scontrol system’s tail rotor load-compensating servo which occurred during the employment in thearmed forces.The improvement measure，therefore，is bought forward，and is implemented.Consequenfly，it is increased the working life of the control bellerank，and enhanced the Helicopter security.

Key words：compensating servo;control bellcrank;abrasion

1前言

轻型民用直升机尾桨操纵助力器的功用是帮助飞行员对直升机实施液压助力操纵。当液压系统失效时飞行员也可通过载荷补偿器对直升机实施人力操纵。载荷補偿器的功用是在助力器液压系统故障时，自动释放蓄压器储存的压力，帮助脚蹬操纵，以保证在安全速度下实现人力操纵。[1]

脚蹬操纵过程中载荷补偿器工作原理：脚蹬处于中立位置时，即行程的50%处，载荷补偿器产生力的方向通过摇臂转轴，不起助力作用。左脚蹬从中立位置向前运动时，即从行程50%向0%运动，载荷补偿器产生力的方向与脚蹬的运动方向一致起助力作用。左脚蹬从前极限向中立运动时，即从行程0%向50%运动，载荷补偿器产生力的方向与脚蹬的运动方向相反为阻力。右脚蹬从中立位置向前运动时，即从行程50%向100%运动，载荷补偿器产生力的方向与脚蹬的运动方向一致起助力作用。右脚蹬从前极限向中立运动时，即从行程100%向50%运动，载荷补偿器产生力的方向与脚蹬的运动方向相反为阻力。[2]

2故障描述

故障区域位于尾操纵系统尾助力器后方的尾梁内，载荷补偿器和摇臂均安装在机体结构上，载荷补偿器与操纵摇臂（材料2A12-T4）连接的螺栓（材料30CrMnSiA）和钢衬套（材料40CrNiMoA-冷拉+退火）[3]存在磨损情况，连接螺栓磨损约1/4，钢衬套磨损严重，如图2所示。

3原因分析

故障区域传载受力分析：飞行员蹬踏脚蹬带动尾助力器运动，摇臂跟随尾助力器绕着机身固定点转动，触发载荷补偿器工作，故障区连接螺栓和衬套承受持续载荷2000N，推动摇臂转动起到助力作用。通过故障区分解，发现摇臂耳片钢衬套磨损连接螺栓，导致该处结构磨损的主要原因为：

1）该处要求的装配精度很高，载荷补偿器的安装点A、摇臂的安装点B以及连接螺栓的安装点N，这三个安装点要保证在同一条线上，而且这条线要在摇臂运动面内，在实际装配过程中并未保证在一条直线上，导致N点连接处容易出现磨损。

2）载荷补偿器作动筒的关节轴承，长时间使用出现卡滞现象，导致载荷补偿器提供较大推力时，摇臂衬套与连接螺栓间存在相对转动。摇臂钢衬套的材料耐磨属性强于连接螺栓，最终将螺栓磨损严重，这也与故障现象相符合。通过现场检测，关节轴承确实存在卡滞现象。

3）通过现场查看，摇臂耳片内端面与载荷补偿器关节轴承断面间隙较大，导致螺栓承受额外的附加弯矩，导致螺栓局部受载严重。

4改进措施

针对故障原因分析，给出改进措施如下：

1）故障区装配精度要求较高，尽量减少生产装配过程中误差累积，尽量保证载荷补偿器的安装点A、摇臂的安装点B以及连接螺栓的安装点N三点在同一直线上。

2）通过检查发现关节轴承耐磨层偏薄，导致关节轴承卡滞。所以需要改进载荷补偿器作动筒关节轴承，避免发生卡滞。

3）调整摇臂材料为钢材料，将摇臂耳片向内增厚0.5毫米，减少螺栓附加弯矩，同时增强摇臂耳片的强度。

5结论

载荷补偿器为“费力结构”，主要功效是尾助力器液压系统故障时备份助力系统，为尾助力器液压系统的安全可靠性及直升机的飞行品质提供了可靠的保证。通过对载荷补偿器故障的机理分析及相应的结构改进措施，在测试运行中有效的避免了螺栓摩损现象，后续飞行再未出现此故障，也为载荷补偿器的设计改进提供一定的帮助。

参考文献：

[1] 周志文，方丽颖，邓海侠，等.某型直升机载荷补偿器操纵摇臂磨损分析与排除.1673.1220（2010）04-045-03.

[2] 直11型直升机培训手册.中航工业第六O二研究所[Z].1996.

[3] 中国航空材料手册[M].北京：中国标准出版社，2002.

（作者单位：中国直升机设计研究所）