劉超

（廣州民航職業(yè)技術(shù)學(xué)院 飛機(jī)維修工程學(xué)院，廣東 廣州 510403）

反推力是指借助相關(guān)裝置，使得發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣方向與正常氣流流動(dòng)方向發(fā)生大于90°的偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生與正常推力相反的推力分量，即向后的拉力，達(dá)到使飛機(jī)減速的目的。反推力作動(dòng)系統(tǒng)是一套機(jī)械、電液綜合控制的系統(tǒng)。反推力的機(jī)械運(yùn)動(dòng)促使氣流偏轉(zhuǎn)，液壓作動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)使機(jī)械運(yùn)動(dòng)，而電信號(hào)給定反推力裝置打開或關(guān)閉的指令來源。分析反推力裝置的基本組成及其工作特點(diǎn)是搭建反推力液壓作動(dòng)系統(tǒng)模型及分析的基礎(chǔ)，指導(dǎo)實(shí)際維修工作的前提。因此，本文以葉柵式反推力系統(tǒng)為對(duì)象，對(duì)反推力裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理，液壓作動(dòng)系統(tǒng)中的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 反推力系統(tǒng)組成及工作原理

反推力裝置通常安裝在左右機(jī)翼下的發(fā)動(dòng)機(jī)短艙的中部。在正常飛行時(shí)，反推力裝置關(guān)閉；在飛機(jī)著陸時(shí)反推力的移動(dòng)罩移開，使噴氣的氣流折轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生反向推力，其安裝示意可用圖1 表示。反推力裝置由一套均勻分布在周向的固定部件和可移動(dòng)部件共同組成，結(jié)構(gòu)示意如圖2 所示，其中固定部件包括環(huán)形的葉柵、前端框架、滑動(dòng)導(dǎo)軌；可移動(dòng)部件包括環(huán)形的移動(dòng)罩、多個(gè)呈扇形的折流門以及連接折流門的拉桿等。

圖1 反推力裝置安裝位置示意圖

圖2 反推力裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2 反推力液壓作動(dòng)系統(tǒng)特點(diǎn)

反推力裝置上的機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是由液壓系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)的。為了便于安裝與維修，每個(gè)移動(dòng)罩由左右兩個(gè)呈半圓形的半部組成，一個(gè)半部通常由沿周向均布的3 個(gè)液壓作動(dòng)筒驅(qū)動(dòng)。在液壓作動(dòng)系統(tǒng)中，作動(dòng)筒是一個(gè)重要部件，在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)液壓作動(dòng)系統(tǒng)的性能要求主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：作動(dòng)有效性，作動(dòng)同步性以及作動(dòng)安全性。

2.1 作動(dòng)有效性

作動(dòng)有效性是指作動(dòng)系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)打開和收回。典型的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)打開反推力的過程是，首先將發(fā)動(dòng)機(jī)供油量由100%轉(zhuǎn)速條件下節(jié)流到地面慢車狀態(tài)，然后保持慢車狀態(tài)供油量不變，同時(shí)打開反推力，經(jīng)過大約2s 時(shí)間完成正推力和反推力的切換（反推裝置完全打開），此時(shí)反推力達(dá)到慢車最大反推，此后適當(dāng)增加發(fā)動(dòng)機(jī)供油量，直到反推力達(dá)到最大值。在此最大反推力狀態(tài)下，維持幾秒，當(dāng)飛機(jī)速度減速到80 節(jié)左右時(shí)，慢慢減小供油，直至飛行速度在60 節(jié)時(shí)，收回反推。

所以，反推力裝置從完全關(guān)閉到完全打開不大于2s，并且從完全打開到完全關(guān)閉不大于5s。反推力裝置的工作過程一般包括完全關(guān)閉、預(yù)位階段、展開階段、最大位保持階段、收回階段以及完全收回鎖定階段，其工作過程可用圖3表示。

圖3 反推力作動(dòng)系統(tǒng)工作過程簡(jiǎn)圖

因此，在設(shè)計(jì)和測(cè)試反推力液壓作動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，因根據(jù)作動(dòng)筒所受到的氣動(dòng)載荷合理選擇液壓系統(tǒng)參數(shù)，使系統(tǒng)的作動(dòng)時(shí)間滿足要求。

2.2 作動(dòng)同步性

作動(dòng)筒同步性是指所有作動(dòng)筒在移動(dòng)過程中應(yīng)保持相對(duì)位移和速度上的同步。因?yàn)橐苿?dòng)罩是由多個(gè)作動(dòng)筒同時(shí)驅(qū)動(dòng)的，只有當(dāng)每個(gè)作動(dòng)筒的相對(duì)位移保持同步，才能一起驅(qū)動(dòng)移動(dòng)罩移動(dòng)，否則易出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。

由于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)出口氣流的流場(chǎng)不均勻以及每個(gè)機(jī)械部件的加工及安裝誤差，在實(shí)際工作中是很難保證被折流門阻擋的氣流負(fù)載可以均勻地傳遞到各個(gè)作動(dòng)筒上，如何使各個(gè)作動(dòng)筒在不同負(fù)載下實(shí)現(xiàn)同步移動(dòng)是關(guān)鍵問題。因機(jī)械同步機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠以及同步精度高等優(yōu)點(diǎn)，蝸輪蝸桿以及同步軟軸的機(jī)械同步機(jī)構(gòu)是目前應(yīng)用較廣泛的機(jī)構(gòu)。

目前，常用的液壓系統(tǒng)如圖4 所示，組成部件主要包括液壓源、控制活門、作動(dòng)筒（有鎖和無鎖兩種）、展開與收回液壓管路、同步軟軸（在展開管路內(nèi)）、位置反饋機(jī)構(gòu)及同步鎖定裝置等。

圖4 液壓作動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)架

對(duì)于每一個(gè)作動(dòng)筒，為了與其他作動(dòng)筒能保持同步推動(dòng)半個(gè)移動(dòng)罩而不至卡死，在作動(dòng)筒之間采用一套同步機(jī)構(gòu)相連。對(duì)于一半移動(dòng)罩上的三個(gè)作動(dòng)筒，一般分為有鎖和無鎖兩種，其中有鎖的作動(dòng)筒是指帶機(jī)械鎖的作動(dòng)筒，作動(dòng)筒的運(yùn)動(dòng)需靠高壓油來推動(dòng)使其解鎖，其內(nèi)安裝有位移傳感器和自鎖裝置，用于反饋?zhàn)鲃?dòng)筒的位置信號(hào)以及鎖定作動(dòng)筒在“收回”位置。通常驅(qū)動(dòng)單側(cè)移動(dòng)罩的三個(gè)作動(dòng)筒中有一個(gè)為有鎖作動(dòng)筒，另外兩個(gè)為無鎖形式。下面以相鄰兩個(gè)有鎖及無鎖作動(dòng)筒組成的機(jī)械同步機(jī)構(gòu)為例說明其同步機(jī)理，機(jī)構(gòu)示意圖如圖5 所示。

圖5 作動(dòng)筒同步機(jī)構(gòu)示意圖

在圖5 中，對(duì)于任一作動(dòng)筒，活塞一端固定著螺母，兩者不會(huì)發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)?；钊麠U是中空的，可插入絲杠。絲杠是靠一對(duì)向心推力軸承支撐，它可繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)但不能作軸線方向的移動(dòng)。軟軸固定在蝸桿上，用來連接兩個(gè)作動(dòng)筒。

當(dāng)活塞兩端在進(jìn)出口控制油的液壓動(dòng)力差作用下水平運(yùn)動(dòng)時(shí)，螺母跟隨活塞水平移動(dòng)，而絲杠則會(huì)在螺母的平移帶動(dòng)下，發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，由于絲杠與蝸輪蝸桿的蝸輪同軸，則絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)同時(shí)帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)，該扭矩經(jīng)蝸桿傳遞給軟軸。當(dāng)每一個(gè)作動(dòng)筒由于所受負(fù)載不同而使傳遞到軟軸上的扭矩與角位移不一致時(shí)，互相連接的軟軸相互作用可實(shí)現(xiàn)力與運(yùn)動(dòng)傳遞，最終使得每一個(gè)作動(dòng)筒上所受到的液壓力、負(fù)載力及同步機(jī)構(gòu)的反饋?zhàn)饔昧_(dá)到平衡，從而實(shí)現(xiàn)在不同負(fù)載下，各個(gè)作動(dòng)筒依然可以同步運(yùn)動(dòng)。

2.3 作動(dòng)安全性

作動(dòng)安全性是指作動(dòng)機(jī)構(gòu)斷裂，控制部件失靈等引起的反推力裝置失效，以及在地面需要反推而未打開，而在空中不需要反推力而意外打開。特別是在高空飛行時(shí)，不需要打開而意外打開會(huì)造成重大危害。

歷史上曾多次出現(xiàn)因反推力裝置卡滯、反推意外打開、反推非指令打開等反推作動(dòng)安全性不夠而造成的災(zāi)難。例如，曾經(jīng)一架A310-300 雙發(fā)客機(jī)，隸屬于俄羅斯西伯利亞航空公司，在飛機(jī)著陸時(shí)，因反推力裝置機(jī)械故障導(dǎo)致一號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)上的反推力裝置沒有成功展開，最后導(dǎo)致飛機(jī)沖出跑道而撞毀；另一架波音767 客機(jī)，隸屬于奧地利勞達(dá)航空公司，在空中巡航時(shí)，位于左側(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)上的反推力裝置突然意外展開，最后導(dǎo)致飛機(jī)在空中解體爆炸，出現(xiàn)了機(jī)毀人亡的慘劇。還有一架波音767-329ER，在飛機(jī)爬升時(shí)，位于一號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)上的反推力裝置非指令地打開，出現(xiàn)了飛機(jī)無法控制并墜毀的嚴(yán)重后果。

經(jīng)過各國(guó)研究人員的不斷研究與設(shè)計(jì)，造成該事故主要是由于反推力裝置上的“兩鎖”系統(tǒng)安全性不夠，而目前對(duì)于反推力裝置一般使用三道鎖原理，使反推系統(tǒng)失效的幾率在10-9每飛行小時(shí)之下，將這種事故率降到最低。下文重點(diǎn)分析三道鎖原理。

目前，較先進(jìn)的飛機(jī)上的反推力裝置均有機(jī)械鎖防線設(shè)計(jì)，典型設(shè)計(jì)如圖6 所示。反推力裝置上安裝的三道機(jī)械鎖分別是：第一道機(jī)械鎖鎖定左反推罩，第二道機(jī)械鎖鎖定右反推罩，第三道鎖定反推滑軌。

圖6 飛機(jī)反推力裝置液壓機(jī)械鎖防線設(shè)計(jì)圖

由于反推力裝置由左右兩個(gè)反推半罩組成，兩個(gè)反推半罩通過鎖扣鏈接在一起。在鎖扣功能正常的情況下，兩個(gè)反推半罩可視為一個(gè)完整反推罩一起運(yùn)動(dòng)，任意一道機(jī)械鎖均能鎖定整個(gè)反推力裝置。但在鎖扣均失效的情況下，兩個(gè)反推半罩分開，視為獨(dú)立個(gè)體，安裝在單側(cè)反推半罩的機(jī)械鎖將不能鎖定另一側(cè)的反推半罩，那就有可能發(fā)生單側(cè)反推半罩意外展開的情況。

因此，解決以上問題的方式是在兩個(gè)反推半罩之間設(shè)置一道同步軸。該軸可保證兩個(gè)反推半罩即使分開了，依然可以同步運(yùn)動(dòng)，從而確保整個(gè)反推力裝置能被任意一道機(jī)械鎖鎖定。另外，1 和2 號(hào)液壓機(jī)械鎖分別位于左右側(cè)的有鎖液壓作動(dòng)筒的收起端，當(dāng)作動(dòng)筒收回到位后，其內(nèi)部鎖塊即可鎖定液壓作動(dòng)筒活塞，從而加強(qiáng)鎖定與作動(dòng)筒桿端相連的反推罩。由于這個(gè)鎖是在作動(dòng)筒的內(nèi)部，此種設(shè)計(jì)可簡(jiǎn)化液壓機(jī)械鎖在反推力裝置上的安裝形式與布局。

第三道防線是3 號(hào)液壓機(jī)械鎖鎖定反推滑軌的。由于反推罩的移動(dòng)是在滑軌上移動(dòng)的，因此3 號(hào)機(jī)械鎖可進(jìn)一步防止反推意外打開。3 號(hào)機(jī)械鎖的打開與反推力裝置的打開有重要聯(lián)系。一般會(huì)有一條液壓反饋油路將3 號(hào)機(jī)械鎖的打開端與方向控制閥的控制端連在一起，只有當(dāng)3 號(hào)液壓機(jī)械鎖在電控信號(hào)下打開后，高壓液壓油才會(huì)通過反饋油路進(jìn)入液壓方向閥的控制端，在油壓作用下，方向閥的閥芯運(yùn)動(dòng)到展開位置。而當(dāng)3 號(hào)液壓機(jī)械鎖未收到打開信號(hào)時(shí)，即使液壓方向閥接受到FADEC 的打開指令以及高壓油，若沒有反饋油路的油液，方向閥也不能到達(dá)展開位，那么反推裝置是打不開的。因此，第三道液壓機(jī)械鎖既保證了反推作動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的時(shí)序性，也防止了第三道液壓機(jī)械鎖與反推罩的碰撞。目前，應(yīng)用該鎖的飛機(jī)主要有波音787。其原理框圖如圖7所示。

圖7 新型客機(jī)上反推力裝置的三道鎖示意框圖

3 結(jié)論

本文主要對(duì)反推力液壓作動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析。首先，分析了反推力作動(dòng)系統(tǒng)的組成部件。隨后，指出了作動(dòng)系統(tǒng)中的有效性、同步性和安全性三個(gè)特點(diǎn)，并分析了相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法，重點(diǎn)分析作動(dòng)筒中的同步技術(shù)難點(diǎn)以及反推力裝置的三道鎖原理。該內(nèi)容可供飛機(jī)反推力裝置設(shè)計(jì)人員搭建反推力液壓作動(dòng)系統(tǒng)模型以及仿真，同時(shí)可供飛機(jī)維修人員學(xué)習(xí)，更好地理解反推力系統(tǒng)，提升維修效率。