飞机飞行操纵系统卡阻问题研究

《装备维修技术》2019年第4期（总第172期）
doi:10.16648/ki.1005-2917.2019.04.077
飞机飞行操纵系统卡阻问题研究
蒋超
（江苏航空职业技术学院，江苏镇江　212134）
摘要：随着科学技术的快速发展，飞机的安全性可靠性大大提升。

同时越来越多的人因为经济水平的提升，而选择飞机作为主要出行工具。

与其他交通方式相比，飞机速度快，舒适度高。

但飞机毕竟是一个高技术含量，成千上万个精密仪器组成的庞然大物。

因此会产生很
多飞机飞行操纵系统的故障，相较于其他的系统故障，操纵系统卡阻问题更为严重。

在飞行操纵系统中，如果系统发生了卡阻问题，
很容易导致灾难性的后果。

为了尽可能避免此类事件的发生，世界各国在民用飞机条款中，针对飞行操纵系统卡阻问题作了特殊的要
求，该措施有效减少了系统卡阻问题的发生。

本文通过对部分关于飞机操纵系统卡阻的条款的讲解，深入了解条款的核心内容，针对
飞机操纵系统的设计做出有效的应对措施，提高工作效率，避免出现耗费大量精力完成系统设计后，因为卡阻不符合条款规定而浪费
了前面工作的努力。

关键词：操纵系统；卡阻；问题与建议
基金项目：2017年度院级课题资助项目（JATC17010103） 项目名称：民机飞行操纵系统故障预测方法研究
引言
飞机飞行操纵系统的作用，是把飞行员发出的指令传输至控制面，从而控制飞机做出各种动作，如仰俯、躲闪、起飞与降落等等。

如果操纵系统出现了卡阻问题，将会影响飞行员对飞机的控制性，特别是在飞机着陆与起飞这两个高危阶段，很容易发生重大飞行事故。

1. 操作系统
飞机操纵系统，指通过驾驶员或者自动驾驶方式的操控，控制飞机做出各种动作的系统。

根据操作方式的不同，分为人工控制系统和自动控制系统。

主操纵系统通过控制驾驶盘和脚蹬，控制飞机的升降舵和全动平尾。

副翼和方向舵负责控制飞机的飞行路线和做出各种动作。

辅助操纵系统，包括调整片、减速板、襟翼和机翼变后掠角操控系统等，控制飞机的飞行状态。

驾驶员打开相应的开关、或改变手柄位置，通过电信号接通电动机和液压作动筒，就可以完成对它们的操控。

自动控制是指系统的传感器针对外界的干扰动作发出指令控制飞机保持安全的飞行状态。

目前常用的自动控制系统有自动驾驶仪，各种增稳系统和主控操纵系统。

自动控制系统和人工控制系统都是独立的，不妨碍彼此的正常运行。

随着科技的发展，飞机操纵系统逐渐由简单初级转向精密复杂，由人工机械系统、助力器操纵系统向电传操纵系统发展。

在20世纪70年代初，出现了使用电信号和相应开关及手柄的电传操纵系统，通过电指令和电动机构操纵舵面控制飞机。

目前在许多民用飞机上都有使用。

2. 卡阻
2.1 飞机飞行操纵系统卡阻
飞机飞行操纵系统卡阻，是指飞机操纵面卡阻在不利位置，这个问题很容易造成飞机发生灾难性的后果。

在操纵面卡阻在不利位置时，比如当升降舵卡在抬头最大位置时，这个时候飞机无法通过进行其他操作来改变这种状态。

如果这种状态持续下去，飞机最终将因为失去控制而发生不可预计的后果。

所以必须采取相应的措施，在发生卡阻问题时，能够有效减轻或消除对飞机的不利影响。

2.2 讲解飞行条款
在CCAR25对于飞机操控系统卡阻问题的规定中，规定在试验飞机操纵系统卡阻问题应对措施时，必须从理论和实践两方面证明。

在飞机操作过程中，主系统和操作面系统发生卡阻问题时，不依靠特殊的驾驶技巧和外力因素，飞机仍可以继续安全运行。

在实验环境中，卡阻问题必须只对飞机操控系统产生微小的不利影响，不能太过复杂，而且是一般飞行员可以应对的。

而且在飞机运行过程中，如起飞、着陆和转弯时，如果操纵系统发生了卡阻问题，可以采取概率判断法。

如果这种卡阻问题发生的几率极低或可以缓解，则无需考虑。

如果这种问题发生的几率较高造成飞机操控部件移动到不利位置，就要谨慎对待这个问题了。

这个条款中对卡阻问题包含了两个层面。

第一，如果不能证明卡阻问题的发生几率极低，就判定卡阻问题一定会发生。

但在实际中，要证明飞机操纵系统发生卡阻问题几率低是很难实现的，现代飞机特别是客机，飞行操控系统的零部件非常精密，构成特别复杂。

以目前的科学技术水平，还没有有效的办法来证明飞行操控系统发生卡阻问题的几率低。

第二，卡阻问题发生的具体位置。

规定要求，在实验中卡组问题发生的具体位置是正在工作的操纵位置。

据调查数据显示，正常使用的操纵位置，是指飞机在运行过程中做出的每一个动作中，包括了起飞、着陆、爬高和降低，排除其他位置失效的影响，在飞机做出一千次以上的任意动作时，控制面的偏转范围要达到预期目的。

在其他关于飞机操控系统卡阻问题的条款里规定，操纵系统的设计和安装一定要科学，耐用，考虑到各方面因素对操纵系统的影响，比如货物、旅客或者因为飞机运行引起的某些部位出现的水气凝冻现象。

规定没有对飞机操纵系统的卡阻做出针对性的要求，也没有硬性要求采取相应的措施，应对操纵系统出现卡阻问题后带来的不利影响。

规定只要求在操纵过程中考虑可能会造成系统卡阻问题的外部因素。

当然，在飞机的设计过程中，就要提前采取相应的措施避免飞机运行时发生操纵系统卡阻问题。

随着科学技术的发展，人们对飞机操控系统的卡阻问题有了新的认识和了解，制作了新的规定。

新规定要求，当飞机承受的载荷不超过飞机设计方案的额定载荷时，操纵系统不能出现卡阻问题。

此举将会大大增加操纵系统的重量和运营成本。

规定同时也说明，在飞机飞行实验中，如果操纵系统出现了卡阻问题，必须能够采用别的方法使飞机继续运行和安全着陆。

目前的科学技术水平很难实现，对于飞机操纵系统的设计来说是一个极大的挑战。

系统卡阻问题会影响飞机的安全运行，曾有飞机在起飞滑跑阶段，操纵系统卡死在极限起动器位置，飞机未能成功起飞，造成了重大的安全事故。

2.3 应对措施
对于大型商业客运飞机来说，建议使用双套并且独立的操纵系统。

在飞机正常工作时，两个操纵系统通过离合器或者其他方式共同控制飞机。

当有一个操纵系统发生了卡阻问题时，飞行员可以对操纵工具施加更大的操作力，操纵工具所承受的压力超过设定值时，会自动实现对两套操纵系统的物理隔离。

如果使用了自动脱开措施，已脱开系统的位置会自动在两套操纵系统之间形成隔离，方便未卡阻的系统进行正常工作。

同时，在电传飞机上，不同位置的升降舵和副翼分别由独立的控制器进行操作，控制器的能源也是独立的。

当某个部位出现卡阻问题时，可以利用另一套控制器进行操作。

甚至方向舵也有上下两个舵面，与其他双套并且独立的操纵系统同理，上下两个舵面也是为了在一个操纵系统出现卡阻时，另一套操纵系统能够及时做出应对措施，努力提高飞机的安全性和可靠性。

就目前的情况而言，没有一个飞机使用了双套，并且独立的操纵系统，因为这对飞机的设计制造水平是一个极大的挑战，同时飞机的成本将会大大增加。

如果从载客数量、技术水平和成本方面考虑，使用单套的传统机械式操控系统就可以满足飞机的需求了。

另一方面，通过对大量飞机飞行事故的调查研究发现，绝大部分事故原因是由于恶劣的天气条件，飞机的机械故障和人为的操作失误。

卡阻问题导致的事故寥寥无几。

但发生的几率低不代表一定不会发
【下转第156页】
–91–
设备管理·电站P91材质管道焊接接头的超声检验
图片7　裂纹
2. P91钢超声检验的特点
在对P91钢焊缝超声检查之前，应使用相同材料的P91试块来调整试验参数，应尽可能不使用碳钢试块。

若受条件限制，不得已用碳钢试块调试时，应根据声速和衰减差异进行修正，原因如下。

（1）与碳钢材料相比，P91钢材料具有不同的声速，检测时会引起探头折射角度发生改变，进而导致缺陷的定位不确定性。

（2）与碳钢材料相比，P91钢材料具有不同的超声衰减，检测时将导致缺陷的定量不确定性。

3. P91钢超声检验的缺陷判定
在对P91钢焊缝超声检测时，经常会有长度在5mm左右的点状缺陷，反射回波在EL线以上，SL线以下缺陷。

对于此类缺陷，按照标准可判定为合格。

但如果解剖缺陷，则可能是未焊透或裂纹等缺陷，如图7所示。

所以在超声检验时，对于此种情况，不能简单地按反射波幅和指示长度判定，应分析反射回波是否为裂纹、未熔合。

（1）除了分析SL线和RL线之间的反射回波之外，还应对SL 线下方的反射波进行必要的分析。

比如缺陷性质断定为裂纹等危害性缺陷，则判定为不合格。

在以往的案例，对于此类的缺陷，其尺寸大小与反射波波幅无线性对应关系。

如图7中的4条裂纹，挖开后实际显示长度均约5mm裂纹，但反射波幅不相同，最多相差6dB，说明缺陷本身性质的不同，造成了反射波幅与缺陷大小不完全成线性变化。

故在对P91钢焊缝超声检测时，对低于EL线的反射回波也应进行剖析，以断定其是否为危害性缺陷。

（2）关于缺陷性质的判定。

关于反射回波位于RL线以下而且缺陷长度符合标准要求的反射回波，可依据NB/T47013规程进行判断，如判断为裂纹、未熔合、未焊透等危害性缺陷，则判断为不合格。

①裂纹的判定：裂纹类缺陷带有很强的扩展性，对机组运行危害极大，即使其长度很小，也不允许存在的。

在检查中，P91钢焊缝的缺陷变化很大，小裂纹反射回波一般较低。

对焊缝解刨后发现裂纹长度多在5mm上下，缺陷自身高度很小。

图7中的裂纹反射回波见图8、9。

图8　裂纹反射波形图9　裂纹反射波形
图8中缺陷的最高反射波较尖锐和陡峭的，探头略转即消失，并且难以找到最高波。

动态波形特征是探头在来回扫查过程时，屏幕上显示的反射回波包络线呈现许多比较小的波峰，此时移动探头，能够看到反射回波在波趾处有明显的变动，由此能够分辩出波趾的宽度有明显变化，且随探头变动，反射回波出现不规则，可以断定出缺陷具备深度方向的不同和不规则表面特征。

②未熔合的判定：未熔合为填充的熔覆金属未与母材有效的结合，消减了焊接接头有效截承载面积。

P91钢的焊接中，由于焊接热输入太低，电弧指向偏斜，坡口侧壁存在绣垢及污物，层间清渣不彻底等造成。

未熔合是一种面积缺陷，坡口未熔合和根部未熔合对承载截面积的减小都非常明显，应力集中也比较严重。

由于坡口槽未熔合，缺陷的长度平行于焊缝的轴线延伸，并且缺陷的表面较光滑。

探头在移动扫查时，回波图形都为锋利和尖锐，转动探头，回波变化较平滑，波峰变化缓慢。

③圆形缺陷的判定：单个的圆形缺陷风险较少，对于单个圆形缺陷，探头环绕其扫查时，回波幅度变化不大，因其自身对回波散射缘故，回波较小，波形尖锐和陡峭。

④夹渣的判定：P91钢焊接接头中，因焊接电流过小，导致液态金属与熔渣分不清。

过快的焊接速度，使熔渣来不及上浮。

多层焊接时，层间清理不净。

焊缝成形系数小及焊条电弧焊时焊条角度不对等因素引起。

在检查时，应注意它与微裂纹之间的区别。

与微裂纹对比，微夹渣表面形态相对于圆滑，所以在检查微夹渣时，挪动探头时，反射回波变化包络线较平整，波形缭乱变化不明显，探头在各位置得到的反射回波变化不大。

结论
（1）在焊后的超声检验中，如在同一焊接接头上发现大量缺陷反射回波存在，且不能准确判断出缺陷性质时，可采用TOFD或相控阵对缺陷进行更加直观精准的检测。

（2）在超声检验中，不应只根据标准部分条款进行定量判定，还应根据理论知识和经验的积累对缺陷的性质逐一加以鉴别。

参考文献
[1] JB/T47013.3–2015承压设备无损检测第三部分：超声检测，2015.
生，人的生命是宝贵的，所以飞行条款中也做了相应的要求。

规定了操纵部位的每一个零件或构成在进行设计和安装时，为了防止系统出现卡阻问题，要采取相应的应对措施。

明确了操控系统中各个零部件之间的最小间隙，并且不同系统位置的要求也不一样，以及系统与系统之间的最小间隙要求。

为了防止因不同区域交界处产生结冰现象导致系统出现卡阻问题，在非增压区和非温控区之间要采取相对应的措施。

系统要有高度的严密性，特别是一些重要部位，如驾驶舱，防止其他物体落入系统中造成卡阻问题。

针对钢索操纵系统，要采取措施避免钢索松弛后勾住周围的结构或者零件。

3. 建议
在实际飞行中，飞机操控系统卡阻问题并不是很复杂，也符合关于飞机条款中对于这方面的规定。

但是对于规定的理解方面，双方可能会产生分歧。

因此在进行新式飞机的设计和建造时，应掌握最新信息，及时与有关部门进行沟通和了解。

因为飞机的设计和建造都是一个庞大的工程，要耗费大量的精力和财力，一旦出现操纵系统设计安装不符合要求的现象，就要重新进行整改工作。

浪费了之前的大量努力，也会造成整个飞机的工期延误。

结束语
飞机操纵系统卡阻问题的研究不仅影响着企业的利益，更关乎着数以百计人的生命。

对此要进行深入的研究和探讨，不断提高飞机的可靠性和安全性。

参考文献
[1] 胡德榕，王予生.直升机操纵系统操作试验研究[J].直升机技术，
2005（2）：29–32.
[2] 聂挺.航空器操纵系统钢索失效的种类及原因分析[J].中国新技
术新产品（14）.
[3] 王婷，邹泉，刘艳.民用飞机飞控系统主舵面卡阻试飞方法研究
[J].航空工程进展，2014，5（3）：343–349.
[4] 黄玉林，陈勇.伊尔–86飞机应急门转换手柄的卡阻原因[J].中
国民航飞行学院学报，1999（4）：47–47.
【上接第91页】
–156–。