某型飞机刹车失效分析及对策研究

江建东，刘玉营，丁德鹏

（驻320厂军事代表室，江西 南昌 330024）

某型飞机曾发生一起刹车失效飞行事故征候，造成该机与地面停放飞机相擦。针对这一问题，本文根据故障现象、飞参判读、现场检查情况，对造成飞机刹车失效的故障原因进行了分析，并对多余物产生的根源进行了全面排查，开展了改进研究和试验验证，形成了改进措施。

1 故障描述

1.1 故障现象

某型飞机某日昼间飞行，执行仪表综合飞行任务，正常滑出、左转，在反舵回转时刹车失效，飞行员收油门，应急刹车并关车，造成飞机与地面停放的飞机空速管相擦，该机机头左上部蒙皮轻微划伤（25厘米×25厘米），发生一起飞行事故征候。

1.2 飞行员描述

据当事飞行员反映，进座舱后检查冷气压力符合规定且刹车正常，发动机工作正常，经请示指挥员允许后将飞机从停机位滑出；滑出后握刹车手柄刹车并蹬左脚蹬，飞机左转；转过90°后，反蹬舵回转准备对准滑行线滑行时，刹车失效，飞机仍然左转，立即收油门、拉刹车，飞机停住。

1.3 痕迹勘查

现场勘查飞机机轮碾压与刹车痕迹发现，飞机滑行轨迹为：飞机从2#停机位滑出后，在接近滑行线附近开始向左转弯，至前轮滑行约20米后，飞机有向滑行线左侧运动的趋势并继续左转，在距5#停机位的另一架飞机机头约8米处开始有明显的应急刹车痕迹，直至与该机位的飞机相擦。飞机滑行轨迹见图1。

图1 飞机滑行示意图

2 故障定位分析

2.1 飞参数据判读

飞参显示，飞机正常起动后1分0秒到1分5秒，方向舵偏转角25.8°（左转）， 航向角由210.5°变到181°，说明飞机左转刹车正常；1分6秒到1分10秒，方向舵偏转角-25.1°（右转），航向角由167.3°变到114.6°，飞机仍然左转，说明飞机蹬右舵时刹车失效。

2.2 故障再现

检查故障飞机刹车系统有关成附件履历本、机务工作日记、工作卡片等原始记录，符合规定要求；目视检查刹车系统刹车装置、脚蹬等相关部件，未见异常;分段检查刹车系统管路及附件，排除了刹车调压器、刹车分布器、应急转换活门、气压电门、刹车加速器、放气活门失效和刹车系统管路堵塞导致故障发生的可能性。检查故障飞机刹车系统性能，系统密封性良好，第一次刹车工作正常；再次刹车，前后舱刹车表均指示3kg/cm2，远小于规定值11.5-0.5kg/cm2；经多次刹车检查发现，握刹车手柄约1分钟后刹车压力指示缓慢上升至规定值，与正常刹车立即响应的特点不符，故障再现。

2.3 故障定位

根据故障再现情况,初步判断该机刹车系统存在局部堵塞。拆下KJY-8A空气减压器（以下简称50减压器）进行地面试验台测试时发现，减压器进口压力为100 kg/cm2时，出口压力先正常上升到30 kg/cm2，然后缓慢升至40 kg/cm2，不符合kg/cm2的产品技术要求；分解减压器进气腔及进气活门处有黑色絮状物，调压活门阀口处有同样的絮状物，堵塞进气孔。更换新品50减压器后，检查刹车系统工作正常，故障现象消失。

由此判断，50空气减压器进气腔被絮状多余物堵塞，是造成右转刹车失效的直接原因。

3 故障机理分析

该型飞机冷气刹车系统工作原理如图2所示，来自主冷气瓶的130 kg/cm2压缩空气经50空气减压器（1），出口压力降为50 kg/cm2；减压后的压缩空气进入减压活门（2）进口；当握压前舱或后舱刹车手柄，减压活门（2）将50 kg/cm2压力减压至11.5-0.5kg/cm2，然后经应急转换活门（4）后分为两路，一路经刹车分布器（6）、减压加速器（11）、电磁活门（8）和应急转换活门（4）后进入主轮刹车装置，另一路经锁闭开关（7）、电磁活门（8）后进入前轮刹车装置。减压加速器将控制压力放大1.3倍，刹车压力为16+0.5-1kg/cm2，前轮刹车压力未经放大，刹车压力为11.5-0.5kg/cm2。松开刹车手柄后，主机轮刹车压力经减压加速器（11）释放，前轮刹车压力经锁闭开关（7）释放，管路刹车压力经减压活门（2）释放。飞行员蹬脚蹬，通过刹车分布器调节左右机轮刹车压力，控制差动刹车，实现飞机地面刹车或转弯。应急刹车时，来自主冷气瓶的压缩空气直接通过应急转换活门（4）进入主轮刹车装置，不受50减压器控制。

图2 冷气刹车原理图

从工作原理可知，50减压器是控制冷气进入主刹车系统的关键部件，而减压器内存在絮状多余物时，会在气流作用下局部堵塞或完全堵塞气路，使减压器出口供气量不稳定。当局部堵塞时，冷气流量减小；当完全堵塞时，冷气无法进入主刹车系统，使刹车失效。从故障现象和检查情况看，应急刹车系统工作正常，说明故障产生在主冷气刹车系统；且试验过程中刹车系统出现工作时好时坏现象，与飞行员反映的暖机、滑出正常及右转刹车失效相吻合。因此，造成飞机右转刹车失效的原因是：飞机在滑出左转向右修正过程中，50空气减压器内絮状多余物堵塞了冷气刹车系统气路，使冷气无法进入主刹车系统，导致刹车失效。

4 多余物来源排查

经检测，50减压器内絮状多余物主要是聚氯乙烯和涤纶纤维的混合物，该混合物可能是以聚氯乙烯为基体，涤纶纤维为增强材料人造革，并有少量涤纶纤维、棉纤维和羊毛纤维。为彻底消除安全隐患，对50减压器内絮状多余物来源进行了分析查处。

4.1 制造装配过程

冷气系统的成附件，制造、装配工艺规定不允许接触油、水，装机前必须保证产品内部的清洁；50减压器（1）经装前试验验证合格后用堵帽封住，装机时取下堵帽，通过卡箍（2）和螺钉紧固件（3）、（4）、（5），安装在座舱内右侧壁第12框加强筋上，见图3，减压器固定好后再连接导管；冷气导管均在（0.3～0.5）MPa压力下用汽油清洗干净，安装前用清洁干燥的冷气吹净导管内腔。但部队在飞机出厂后开飞特定检查及入夏换季特定检查时，拆除了50减压器的进气滤网，并注入适量的仪表油。

对冷气系统制造、装配过程中使用的材料进行成分确认发现，仅用于对冷气导管安装条件不太理想部位进行表面保护的漆布，与多余物的主要成分类似。经查，该型飞机共有12项冷气系统导管，导管的制造、装配共18道工序，流程为：领料→下料→表面处理→领用零件→修整管子端头→零件扩口→强度气密试验→清洗→包扎→喷漆→贴标签→油封包扎→交付总装车间→缝制漆布→拆除封严物→吹净导管内腔→装机→清除多余物。其中，缝制漆布是在拆除导管各接管嘴及管螺帽的封严物之前进行，即导管制造完工后先对导管内腔进行清洗，并对导管两端用牛皮纸封严包扎后，再对需要保护的导管外表面缝制漆布，漆布仅可在导管两端的管端件间滑动，不会进入导管内腔。

综上所述，该型飞机冷气刹车系统制造、改装及修理工艺正确，对系统的清洁、防水和禁油要求明确，质量原始记录详细、完整，过程可控；且部队在拆除50减压器进气滤网时也未发现异常，因此可以排除在制造装配过程中，冷气刹车系统内部进入以聚氯乙烯为基体，涤纶纤维为增强材料人造革多余物的可能。

图3 KJY-8A空气减压器的安装示意图

4.2 冷气滤模拟试验

对QL-3A型冷气滤，用100 kg/cm2的压缩空气模拟充气20次，分解检查发现冷气滤出口端毛毡表面有13个直径为2mm、高度约0.5mm的凸起，凸起表面纤维有起毛现象，凸起情况见图4所示。模拟试验结果表明，QL-3A冷气滤出口端毛毡上的纤维在使用过程中存在进入系统管路和附件中的可能性，与多余物中含有羊毛纤维的结果相符。

图4 毛毡和出口垫圈

4.3 外场普查

普查东北地区某型系列共106架飞机发现，所有飞机的50减压器进口滤网均已被拆下，部分减压器内腔有油液；6架飞机减压器内部被污染，其中同型教2架，单座飞机4架，具体情况见表1。从普查情况看，不仅同型教空气减压器内部有不同程度的污染，其它型号个别单座飞机也不同程度的存在内部污染物。

表1 被污染飞机情况表

综上所述，该型系列飞机冷气系统内部在制造、装配过程中不会带入絮状的多余物；QL-3A冷气滤出口端毛毡上的纤维在使用过程中存在进入系统管路和附件中的可能性。同时，某军区空军为防止冷气系统结冰，下发《危及飞机安全的重点机件和关键部位的维护规定》通知，在冷气系统注仪表油，取消减压器滤网，造成纤维聚集，并使絮状物无阻挡的进入了减压器，进一步增大了冷气系统阻塞的风险。

5 改进措施

为防止QL-3A冷气滤出口端毛毡上的纤维在使用过程中存在进入系统管路和附件中的可能性，避免多余物无阻挡地进入减压器，造成冷气系统阻塞的风险，开展了设计改进和试验验证，形成了对策措施。

5.1 QL-3A冷气滤改进

对QL-3A冷气滤内部的出口垫圈进行设计改进，冷气滤内部结构和出口垫圈安装位置见图5、图6，改进后的出口垫圈见图7，在保证流通面积的情况下，采取缩小出口垫圈的通孔直径，增加通孔数量的方案。方案一：将出口垫圈的13个φ2mm （流通面积40.84mm2） 通孔改为37个φ1.2mm孔 （流通面积41.85mm2）；方案二：将出口垫圈的13个φ2mm通孔改为25个φ1.5mm孔（流通面积44.18mm2）。

图5 QL-3A冷气滤内部结构图

图6 出口垫圈安装部位

图7 改进方案示意图

对3种不同规格的试验件进行验证试验，结果为：通流孔为φ1.2mm的垫圈试验后，冷气滤出口端垫圈（滤层）无突起及起毛现象，分解检查出口端过滤器内腔及滤芯，未发现有垫圈（滤层）脱落的羊毛纤维；用通流孔为φ1.5mm垫圈试验时，出口端垫圈（滤层）的毛毡表面突起约0.3mm，无起毛现象。

经试验验证，最终确定选择方案一，将原来出口垫圈的13个φ2mm孔改为37个φ1.2mm孔，以解决QL-3A冷气滤出口端毡垫出现突起及起毛现象，避免毛毡上的纤维在使用过程中进入系统管路和附件中。

5.2 恢复空气减压器进口滤网

50减压器内部通孔直径为2mm，且有多个拐角，其主要功用是将来自主冷气瓶的130 kg/cm2压缩空气降为50 kg/cm2，供刹车系统、座舱盖启闭、座舱密封、除雾和油箱增压。减压器一旦堵塞或气路不畅，不仅影响刹车正常工作，还会导致座舱充气、座舱气密带充气、防冰、油箱地面预增压等功能无法实现。为防止50减压器内部管路堵塞，设计时在入口端设有滤网，并禁止接触油、水。而部队为防止冷气系统结冰，根据军区空军 《危及飞机安全的重点机件和关键部位的维护规定》通知要求，拆除了50减压器的进气滤网，并注入适量的仪表油，增大了50减压器被异物堵塞的风险，因此恢复空气减压器内的进口滤网非常必要。

5.3 使用维护注意事项

东北地区部队恢复空气减压器进口滤网后，建议研究采用氮气替代压缩空气作为冷气系统工作介质，或在易结冰时节对冷气系统进行除水后，使用氮气作为系统工作介质，以防止冷气系统结冰。

按照产品工艺规程，油液会导致冷气系统中的污垢聚集，污染冷气系统管路和附件，造成橡胶密封件提前老化，影响附件的正常工作和寿命，且生产制造厂、大修厂对冷气系统管路和附件有明确的防水和禁油要求。因此，建议部队在冷气系统使用维护工作中，禁止向冷气系统管路和附件内注油。