波音737NG飞机升降舵指示不一致案例分析_黄建练.pdf

84航空维修与工程 AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING2023/1 当后缘襟翼收上升降舵调整片处于平衡操纵模式时，操纵升降舵检查左右升降舵调整片运动方向，应与升降舵偏转相反且左右同步；当调整片在非平衡模式下进行操纵测试时，检查调整片与升降舵应同向偏转。即在放襟翼前，左右升降舵调整片均与升降舵反向偏转；放襟翼后，左调整片迅速反向运动，且与升降舵偏转方向一致，而右升降1 故障信息和排故过程一架波音 737-800 飞机落地报告故障：巡航时飞机右偏，副翼需向左配平约 2 个刻度才能保持航向；同时打开下DU 显示屏，检查发现左右升降舵位置指示不一致，左边低右边高。地面检查左右两侧升降舵指示并无剪刀差。下载FDR数据，对升降舵位置信息进行译码，以还原故障情况。故障航段数据译码情况：左右升降舵舵面角度在地面相差 0.1左右，基本一致；起飞后角度相差越来越大，巡航阶段后最大相差 1.9。飞机落地后两侧差值恢复到 0.1，地面检查左右升降舵舵面实际位置基本齐平。于是，对这架飞机近期 FDR 数据译码，发现左右升降舵位置指示不一致故障间断性出现，而且故障出现时左右升降舵相差的角度并不一样。根据译码数据，初步判断升降舵控制机构或升降舵调整片控制模式存在故障。首先，根据手册对升降舵及升降舵调整片进行操纵测试，重点检查升降舵及调整片的机械控制机构。其次，由于升降舵调整片非指令运动也可能导致升降舵指示不一致故障，因此从升降舵调整片操纵机构及控制线路原理进行分析（见图 1），得出导致升降舵非指令运动故障的原因如下：1）后缘襟翼收上电门 S1051 故障；2）电磁控制活门和升降舵调整片锁作动筒故障；3）10s 延时继电器 R782 故障；4）控制线路故障。波音 737NG 飞机升降舵指示不一致 案例分析A Case Analysis on the Inconsistency of Elevators Indication for B737NG Aircraft 黄建练 凌云志/中国南方航空股份有限公司工程技术分公司广西基地 摘要：日常飞行中，启动双发后一般会关闭下 DU 显示屏，因此机组很难发现升降舵指示不一致故障。本文通过逆向思维找到故障根源，避免了这起看似平常的升降舵指示故障可能导致的严重后果，并对故障隔离方法和预防性维修措施进行尝试，提出了一套能及时发现并快速处理故障的方案。关键词：飞行操纵；升降舵指示；升降舵调整片弹簧；平衡模式；非平衡模式Keywords：flight control；elevator indication；elevator tab spring；balance mode；unbalance mode图1升降舵调整片操纵机构及控制线路原理图维 修 MAINTENANCEDOI:10.19302/ki.1672-0989.2023.01.02585AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING航空维修与工程2023/1 舵调整片控制线路上有 10s 延时继电器R782，当后缘襟翼放下约 8 12s 后，右升降舵调整片才开始随升降舵偏转方向一致运动。两种升降舵调整片工作模式下，测试调整片的运动与手册相符。根据手册多次测量 S1051 电门、R782 延时继电器及控制线路，测量线路阻值正常。为了隔离故障，预防性更换 S1051 电门，但次日执行航班时故障依旧。为此怀疑升降舵及调整片机械结构之间的间隙不符合要求，飞机起飞之后由于气动载荷的作用使舵面偏转角度不一致。但随后检查升降舵及调整片连接机构并无松动，间隙符合手册要求。为了隔离故障，还更换了左右两侧升降舵位置传感器，但之后机组反映升降舵还存在指示不一致现象。在对升降舵调整片控制机构进行检查时，发现升降舵控制机构上 4 个弹簧中的两个已经断裂，换上新弹簧后上述故障未再出现。这两个弹簧与故障到底有什么关联？2 系统原理介绍及故障分析2.1 升降舵位置指示传感器升降舵控制系统共有两种位置传感器，一种用于升降舵位置指示，另一种用于自动驾驶控制。用于升降舵位置指示的传感器共有两个，分别位于两侧水平安定面内，设备号为左侧 T467、右侧 T468，它们将升降舵位置信号输送到数字式飞行数据采集组件（DFDAU），DFDAU 再将信号传至 DEU，用于下 DU 显示屏的升降舵位置指示。用于自动驾驶控制的位置传感器位于飞机尾舱内，设备号 M929，其将升降舵的位置信号直接输送至飞行控制计算机（FCC），用于飞机姿态控制，该信号不参与位置指示。因此，如果是升降舵的指示系统有故障，应该更换 T467 或 T468，而不是M929 传感器。很显然，本案例不是升降舵指示系统的问题，因为机组真实感受到了飞机右偏，并且需要副翼参与配平修正，由此可以判断左右升降舵角度有真实偏差。2.2 升降舵调整片升降舵调整片有两种工作方式：平衡模式和非平衡模式。1）当襟翼放出时，即飞机在起飞、进近等低速飞行阶段时，升降舵调整片工作在非平衡模式，调整片的运动方向与升降舵相同，意在增强飞机的低速操纵性。2）当襟翼收上时，升降舵调整片工作在平衡模式，调整片的运动方向与升降舵相反，此时作用在调整片和升降舵上的力的方向相反，调整片产生的力矩和升降舵操纵面的力矩平衡，以消除杆力。平衡模式和非平衡模式是通过升降舵调整片控制机构来转换的。如图 2 所示，当襟翼放出，升降舵调整片控制机构内的升降舵调整片锁作动筒伸出，调整片工作在非平衡模式；当襟翼收上，控制机构内升降舵调整片锁作动筒通回油，控制机构上有 4 个弹簧，弹簧的拉力使升降舵调整片锁作动筒回到收上位，升降舵调整片工作在平衡 模式。2.3 故障分析波音 737NG 飞机水平安定面在中立位时（即 4 个配平单位），升降舵并不与水平安定面成一条直线，升降舵位于向下配平 4的位置，以增加升降舵向上的运动行程，实现飞机快速抬头控制。自动驾驶和水平安定面均影响升降舵的中立位置：1）飞机前重心起飞时，FCC 输出指令使升降舵向下配平，增加升降舵向上的运动行程，即增加飞机抬头控制量；2）飞机后重心操作时，FCC 输出指令减少升降舵向下配平量，升降舵向下运动行程增加，向上行程减少，即增加飞机低头控制量；3）飞机前重心着陆时，FCC 输出指令减少升降舵向下配平量，增加升降舵向上配平量，以减少水平安定面前缘迎角，降低由于水平安定面前缘结冰而导致的水平尾翼扰流抖动。AMM 手册中关于升降舵中立位的变化图表如图 3 所示。大部分飞行阶段（除起飞、着陆等需要飞机快速抬头阶段外），升降舵处于使飞机低头的位置，即升降舵位于向下偏转的位置，基本在0 5之间移动，译码数值为负数。译码数据根据升降舵后缘确定角度的正负（升降舵后缘向上为正，升降舵后缘向下为负），图 3 是以升降舵前缘位置来确定升降舵角度的正负（升降舵前缘向上为负，升降舵前缘向下为正）。飞行中升降舵基本工作在下偏位置，因此，下面对升降舵工作在下偏位置时升降舵图2升降舵调整片两种工作模式86航空维修与工程 AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING2023/1 调整片反作用力对升降舵的影响进行分析。捋清升降舵舵面角度关系后，回到上述故障进行具体受力分析。飞机在地面或飞行速度较小时，作用在升降舵及其调整片上的气动载荷较小，右侧升降舵调整片控制机构虽然只有两根弹簧，但可以将升降舵调整片锁作动筒拉回至收上位，左右升降舵调整片工作在平衡模式，所以左右升降舵位置指示基本一致。飞机爬升收襟翼后，由于右侧升降舵调整片控制机构内弹簧断裂导致拉力不足，加上空中气动载荷的作用，剩下的两根弹簧无法将升降舵调整片锁作动筒拉回至收上位，导致右侧调整片仍然工作在非平衡模式，而左侧调整片已转换到平衡模式。升降舵调整片工作在两种不同的平衡模式下，导致升降舵调整片对升降舵的作用力不同：1）平衡模式：升降舵调整片运动方向与升降舵相反，调整片对升降舵的作用力向下；2）非平衡模式：升降舵调整片的运动方向与升降舵相同，调整片对升降舵的作用力向上。襟翼收上后，左升降舵调整片工作在平衡模式，使升降舵向下运动以减轻升降舵操纵力；右升降舵调整片工作在非平衡模式，作用力使升降舵向上偏转。导致左升降舵向下偏转角度大于右升降舵向下偏转角度，左升降舵向上的气动作用力大于右升降舵向上的气动作用力，飞机绕纵轴向右偏转。升降舵调整片的作用力随飞机飞行速度的增加而增大，空速越大，升降舵调整片作用于升降舵的力也越大。随着空速的增加，左右升降舵相差的角度增加，不同航段的译码数据证实了这一推断。至此得出故障的最终原因：右升降舵调整片控制机构内的两个弹簧断裂导致右调整片在空中无法从非平衡模式转换成平衡模式，使左右升降舵调整片工作在不同模式，导致两侧升降舵舵面偏转角度不一致，使飞机绕纵轴产生扭转力矩，造成飞机右偏，影响飞机的横向稳定性。这给飞机的飞行操纵和飞行安全造成了潜在的安全隐患，尤其在起飞和进近降落阶段。MEL 手册并没有升降舵调整片弹簧失效的放行标准，与波音公司联系以确定放行标准，波音答复 4 根升降舵调整片弹图3升降舵中立位变化图簧只能失效 1 根。后续波音修订了 MEL手册，增加了升降舵调整片弹簧失效的放行标准。3 总结后期通过对机队所有飞机的 FDR数据进行译码，发现多架飞机存在升降舵位置指示不一致现象，说明升降舵空中指示不一致故障并非个案，很有必要对此类故障进行归纳总结。故障原因已经找到，如何发现故障成了亟待解决的难点。此类故障具有一定隐蔽性，不易被发现：飞机在地面时指示正常，发现不了；为了不分散注意力，机组在地面启动发动机后都会主动关闭下 DU 显示屏，所以空中也很难发现故障，且飞机在空中的大部分时间都处于自动驾驶接通状态，机组不易觉察到飞机姿态异常。因此决定借助飞机的状态监控系统（ACMS），监控飞机升降舵位置参数，对两侧位置角度差值设定一个监控值，只要超过监控值系统就会自动向服务器发送邮件或短消息进行故障预警。例如，设定左右两侧升降舵位置差超过0.5，持续时间大于 10s（加上时间参数是为了去除干扰信号），系统会自动发送邮件，地面维修人员就能第一时间得知飞机故障信息，在飞机落地之前提前制订处置方案，如参考 MEL 手册保留放行飞机或更换飞机执行后续航班等，避免航班延误，可大大提高航班正点率。参考文献1 Boeing.B737-700/800 AIRCRAFT MAINTENANCE MANUAL Z.2019.2 Boeing.B737-700/800 SYSTEM SCHEMATIC MANUAL Z.2019.3 Boeing.B737-700/800 FAULT ISOLATION MANUAL Z.2019.维 修 MAINTENANCE