Z9型机前起落架低温不回中问题关键技术研究应用与改进

第二十八届（）全国直升机年会论文Z9某型机前起落架低温不回中问题技术研究与改进季茂龄1张金明2闫冰2（1.中航工业哈飞飞机设计研究所，哈尔滨150066；2.陆航驻哈尔滨军事代表室，哈尔滨150066）摘要：本文一方面简介了在低温环境下，Z9某型机前起落架不可以自动回中，从而引起起落架无法正常收起故障，然后针对该问题，分析温度对前起落架影响，通过技术改进、低温实验、飞行考核等一系列工作，最后故障得以排除过程。核心词：前起落架；低温；自动回中；收放1问题概述前起落架低温不回中问题是顾客质疑反响比较强烈问题，影响着直升机正常飞行使用，特别哈尔滨、乌鲁木齐等高纬度地区，冬季故障较为明显、频繁，如：12月份，哈飞在交付飞机时，该批次4架机前起落架无法自动回中。2前轮自动回中原理及故障问题分析2.1前轮自动对中原理前起落架自动回中机理是：机轮（6）、摇臂（5）、防扭臂（9）、内筒（3）、旋转筒（8）、上齿件（2）为运动部件；外筒（7）、油针（1）、下齿件（4）为固定部件。直升机着陆后，随着缓冲支柱被压缩，内筒（3）带动上齿件（2）脱离固定下齿件（4），从而机轮可按直升机运动需要自由地偏转。当起飞时缓冲支柱伸长，上齿件（2）与下齿件（4）按配合型面啮合，使机轮重新对中，回位装置±170°内有效。1油针2上齿件3内筒4下齿件5摇臂6机轮7外筒8旋转筒9防扭臂2.2故障问题分析图1前轮自动回中原理前起落架在车间进行部件装配实验（+15℃）时，自动回中功能正常；直升机总装后，地面收放起落架功能正常；而当直升机空中试飞时，前起落架无法自动回中，起落架无法正常收起。鉴于故障大多发生在低温高寒地区，以哈尔滨为例，12月份室外温度约为-20℃，直升机飞行高度为m-3000m，如果按照高度每上升1000米，温度下降7℃计算，该直升机使用温度为：（-20℃，-41℃）。因此，前起落架无法自动回中与低温环境有较大关联。2.2.1低温对配合间隙影响前起落架自动回中部件大多采用钢、铝等不同金属材料，而不同金属材料之间线膨胀系数存在差别，依照热胀冷缩原理，随着温度减少，如果配合间隙减小，势必会影响到运动灵活性，甚至浮现运动部件抱死现象。依照Z9系列机前起落架构造形式及回中原理，筛选出重要转动关系，见图2：A处：旋转筒（8）与外筒（7）、上轴套（10）——Φ70H7/g6；B处：旋转筒（8）与外筒（7）、轴套（11）——Φ80H7/g6。线膨胀系数106/C备注）21.611.122.922.9图2转动部件装配关系外筒、旋转筒、上轴套、轴套选用材料及相应线膨胀系数，见表1[1。]依照表1中材料及相应线膨胀系数分析可知，用于固定外筒、上轴套、轴套材料为铝（2214、LY11），随着温度减少，收缩尺寸大；而用于转动旋转筒材料为优质合金钢（35Cr2Ni4MoA），随着温度减少，收缩尺寸小。外部零件尺寸收缩大，内部零件尺寸收缩小，导致该配合间隙尺寸缩小，从而阻碍了内部零件转动，甚至浮现卡滞、抱死。表1材料及相应线膨胀系数序号图号名称材料（1.7外筒2214（锻件）2.8旋转筒35Cr2Ni4MoA（Z9-0115-92）3.10上轴套LY11CZ（GB3191-82）4.11轴套LY11CZ（GB3191-82）产品设计过程中，零部件配合间隙大都为常温状态，即：+20ºC。旋转筒与上轴套、轴套之间均2-038155414.5采用间隙配合，旋转筒与上轴套为Φ70H8/g6配合，间隙为（0.01-0.075mm）；旋转筒与轴套为Φ80H8/g6配合，间隙为（0.01-0.075mm）。依照起落架极限工作温度（-55ºC—+90ºC）规定，计算低温-55ºC时间隙缩小为：1）计算旋转筒与上轴套配合间隙缩小：0.0576mm；2）计算旋转筒与轴套配合间隙缩小：0.0658mm。从计算成果可以得出：1）旋转筒与上轴套最小配合间隙0.01mm〈0.0576mm；2）旋转筒与轴套最小配合间隙0.01mm〈0.0658mm。因此依照理论计算成果，应增大常温状态下最小配合间隙，使该值不不大于由于温度减少引起间隙缩小，即：旋转筒与上轴套最小配合间隙〉0.0576mm；旋转筒与轴套最小配合间隙〉0.0658mm。2.2.2低温对充填压力影响前起落架缓冲器充填介质为航空液压油（MIL-PRF-83282）和工业氮气，氮气充填压力为40bar。随着温度下降，氮气充填压力相应减少，从而导致回中力下降，最后引起前起落架无法自动回中。不同环境温度下缓冲器充填压力变化，见表2[2。]表2随着温度减少压力变化表温度℃bar内腔压力1b/in+4546670+3042612+154058300-1536524-3034495-4532466从表2中可以看出，随着温度减少，内腔压力下降明显。3实验验证依照上述分析成果，对配合间隙及填充压力进行改进实验，验证其改进效果。3.1故障复现3.1.1转动部件低温回中实验将合格零部件按照图2进行装配，A、B处配合公差分别为Φ70H8/g6、Φ80H8/g6，放入低温实验设备箱中，实验温度：-55℃，保温时间：约2小时，取出后检查旋转筒转动状况，实验成果：旋转筒无法转动。3.1.2前起落架低温回中实验将低温不回中起落架返回装配车间，按照图纸重新充填压力（40bar）后，放入低温实验箱中，实验温度：-35℃，保温时间：约2小时，取出后进行回中实验。实验成果：前起落架不回中。3.1.3前起落架低压回中实验为了验证缓冲器充气压力对自动回中影响，常温（15℃）状态下，将缓冲器压力充填至25bar，进行回中实验。前起落架无法自动回中。3.2配合间隙调节实验保证前起落架充填参数不变，调节转动部件之间配合间隙。由于转动零部件表面粘贴AIRFLON自润滑垫层，其对转动影响无法计算评估，为了找出合理配合间隙，需要对零部件进行装配并通过低温实验验证。3.2.1零部件低温实验依照图2配合关系，采用逐级放大转动部件配合间隙办法，摸索出低温-55℃旋转筒可转动最小配合间隙。a)投产2件上轴套（10）实验件，将尺寸Φ70H8依次更改为变，记录最后尺寸Φ70.05、Φ70.07；700.070.025、700.10.055，别的尺寸不b)投产2件轴套（11）实验件，将尺寸Φ80H8依次更改为记录最后尺寸Φ80.03、Φ80.06；800.070.025、800.10.055，别的尺寸不变，c)选用批生产一件旋转筒（8），记录配合部位最后尺寸为Φ69.99、Φ79.99。序号名称123内容A0.090.1450.11B0.1150.130.14计算配合位置A、B处实际使用间隙：A1=Φ70.05-Φ69.99=0.06mm；B1=Φ80.03-Φ79.99=0.04mm；A2=Φ70.07-Φ69.99=0.08mm；B2=Φ80.06-Φ79.99=0.07mm。初次实验选定配合间隙A1、B1，实验件按图2装配完毕后放入低温实验箱中，设定温度：-55℃，保温时间：2小时，取出后检查旋转筒与否转动。实验成果：旋转筒不转动。再次实验选定配合间隙为A2、B2，按照上述实验程序进行实验。实验成果：旋转筒转动困难。为摸索旋转筒转动临界尺寸，需对配合间隙进一步放大。而上轴套、轴套均粘贴AIRFLON，重制难度大、周期长，孔尺寸不能进行放大，所觉得实现增大配合间隙目，仅对旋转筒进行补加工，减小配合轴直径尺寸。为此，将旋转筒尺寸Φ69.99补加工为Φ69.975；Φ79.99补加工为Φ79.97。A、B部位配合间隙为：A3=Φ70.07-Φ69.975=0.095mm；B3=Φ80.06-Φ79.97=0.09mm。选定配合间隙A3、B3尺寸后，按照上述实验程序进行实验。实验成果：旋转筒转动自如。依照零部件实验成果，低温-55℃旋转筒转动自如临界尺寸为0.09mm。为保证明验数据更加充分，继续抽取批生产中3架份前起落架进行实验，测量上轴套、轴套尺寸，并对旋转筒配合尺寸进行补加工，使配合间隙控制在0.09mm附近。a)测量上轴套70H8处实际尺寸为：Φ70.0、Φ70.025、Φ70.01；轴套80H8处实际尺寸为：Φ80.025、Φ80.03、Φ80.02。b)旋转筒Φ70g6尺寸补加工为：Φ69.91、Φ69.88、Φ69.90；Φ80g6补加工为：Φ79.91、Φ79.90、Φ79.88。3架份前起落架按照图2重新装配后放入低温实验箱中，实验温度：-55℃，保温时间：约2小时，取出后，检查旋转筒转动状况，实验成果见表3。表3部件低温实验0.120.12依照以上实验成果，低温-55℃，旋转筒可以自由转动临界尺寸为0.09mm。旋转筒相应修理方案为：“Φ70g6”尺寸修理为“700.09”，“Φ80g6”尺寸修理为“800.09”。3.2.2前起落架低温实验3架份前起落架备件重新装配后放入低温实验箱中，实验温度：-55℃，保温时间：约2小时，取出后及时进行回中实验，检查前起落架与否可以自动回中。实验成果：前起落架均能自动回中。3.3充填压力实验仅提高缓冲器充填压力，环境温度-为30°C状况下，检查前起落架回中状况，实验成果见4表。表4低温实验成果常温充填压力（bar）参数404550实验成果-30°C，测量压力（bar）303540回中状况不回中不回中回中为补偿由于低温引起缓冲器充填压力减小，可以恰当提高常温状态下缓冲器充填压力。依照起落架落震实验中非正常填充实验成果，缓冲器最高可充填至45bar，因而，当前起落架无法自动回中时，可提高缓冲器充填压力至45bar。4飞行考核4.1调节配合间隙，装机考核12月，对批生产直升机中低温不回中前起落架旋转筒进行补加工，将原尺寸“Φ70g6”修理为“700.09”，原尺寸“Φ80g6”修理为“800.09”，控制配合间隙为：0.09mm-0.195mm，重新装配实0.120.12验合格后，装机考核。室外温度约为-15℃，飞行高度-3000m，飞行观测发现，前起落架可以自动回中，起落架可以正常收起。4.2调节缓冲器充填压力11月，调节批生产直升机中低温不回中前起落架缓冲器充填压力，“40bar”到“45bar”，进行飞实验成果转动转动转动行考核。室外温度约为-15℃，飞行高度-3000m，飞行观测发现，前起落架可以自动回中，起落架可以正常收起。5结论提高缓冲器充填压力，可以有效改进前起落架自动回中功能。该办法较合用于已交付顾客出厂直升机，当外场前起落架无法自动回中时，可以恰当提高缓冲器充填压力至45bar，如仍不能自动回中，建议采用“增大配合间隙”办法进行彻底技术改进。采用增大配合间隙办法，可以有效彻底解决前起落架低温不回中问题，保证直升机前起落架在极限温度范畴内自动回中。改进办法仅需将旋转筒进行补加工，原尺寸“Φ70g6”更改为“700.09”，0.12原尺寸“Φ80g6”更改为“800.09”，别的部件及尺寸不变，使其旋转筒装配间隙达到（0.09-0.195）0.12mm范畴之内。该办法已应用于后续机型前起落架及故障件返场修理工作，实用性强，改进效果明显。6结束语前起落架低温无法自动回中问题解决，极大提高了产品使用品质，减少了维修次数及修理成本，解决了长期困扰顾客使用难题。参考文献[1]郭景山等编著，直九机新材料手册，中华人民共和国航空工业总公司直九国产化工程冶金分系统，1995[2]直九型机维护手册TheAnalysisandResearchonMalfunctionofZ9HelicopterNoseLandingGearAuto-centeringinLowTemperatureJiMaoLing1ZhangJinMing2YanBing2(1.AircraftDesignAndResearchInstituteOfHaig，Avic，Haerbin150066，China;2.MilitaryRepresentationOfficeOfHaerbin，Haerbin，150066，China)Ab