飞机起落架常见故障及原因分析

针对飞机起落架收放作动筒活塞杆划伤、轮轴磨损腐蚀、刹车盘异常磨损、下位锁开锁故障及收放摇臂裂纹等几种典型故障,从结构设计、材料、制造工艺、使用环境和日常维护几个方面分析了各故障产生的原因,提出了预防故障发生的建议,为今后飞机起落架设计提供参考和借鉴。     

阻尼减振技术在某型飞机短舱尾罩裂纹中的应用

目的针对某型飞机短舱尾罩振动情况开展研究,制定不对结构进行颠覆性改进短舱尾罩裂纹问题的解决措施。方法对短舱尾罩处的振动情况进行测试,分析短舱尾罩裂纹形成的原因,利用阻尼减振技术的原理选择适合的阻尼材料和处理方式,通过振动测试验证改进效果。结果采用阻尼减振技术后,振动水平最大降低约83%,峰值个数明显减少,对易产生蒙皮裂纹的大于150 Hz、0.8 g以上的振动具有有效的抑制作用,能够有效提高蒙皮结构的使用寿命。结论短舱尾罩蒙皮结构采取阻尼层减振处理的方法基本解决了短舱尾罩裂纹问题,同时也给解决振动引起的类似问题提供了解决思路。     

某型飞机进气道在噪声环境中的振动疲劳分析

某型飞机进气道常出现蒙皮裂纹、铆钉松动及掉铆钉头等故障,给飞行安全带来隐患.研究发现,此类故障是进气道在强噪声环境下,噪声脉动压力引起的结构振动疲劳损伤.应用阻尼层可降低强噪声对进气道蒙皮和铆钉的破坏.发动机地面试验结果表明,进气道阻尼层的应用显著降低了蒙皮壁板的振动量级.     

飞机起落架支柱固定螺栓环境氢脆断裂研究

某飞机起落架缓冲支柱固定螺栓长期使用后断裂.为了确定该螺栓断裂的原因,对断裂螺栓进行了外观检查,断口宏观、微观分析,能谱仪成分分析,金相组织检查、硬度检测以及氢含量测定,结果表明:断裂螺栓的断口具有氢脆断裂特征,其断裂失效性质为环境氢脆断裂;飞机服役期间,螺栓保护不良,致使环境对螺栓造成了腐蚀,腐蚀产生的氢进入螺栓是导致螺栓产生环境氢脆裂纹的根本原因.对螺栓进行保护可有效地避免该类故障的重复发生.     

某型机襟翼舱下壁板蒙皮腐蚀原因分析与修理措施研究

目的研究某型机襟翼舱下壁板蒙皮产生腐蚀损伤的原因,分析腐蚀危害性,制定腐蚀修补方案,提出后续腐蚀防护与控制的建议措施。方法首先现场仔细检查结构的腐蚀状况,然后分别从结构设计与选材、服役环境分析、腐蚀产物分析3个方面研究结构腐蚀产生的成因,并且针对性地制定腐蚀部位的补强修理方案。结果在襟翼舱局部高温湿热环境下形成的内部冷凝水,夹杂大气环境中的Cl~-污染侵袭,导致壁板蒙皮材料LY12铝合金产生了晶间剥落腐蚀。结论老龄飞机机体结构腐蚀成因复杂多样,准确界定腐蚀原因是制定腐蚀防护与控制措施的关键。     

某型机载武器在挂机飞行环境局部共振问题的解决

某型机载武器在挂机飞行环境下,出现蒙皮局部共振现象,引起连接铆钉脱落。为了查找引起共振的原因,通过地面试验与挂机飞行试验,对武器主要结构固有振动特性及外界输入激励进行分析。结果表明：蒙皮发生局部共振是由于与其支撑部件固有频率特性接近引起共振,而挂机时出现的局部气流扰动,是引起共振的主要原因。通过改变部件的频率特性避开共振区,可有效避免该类故障的发生。     

基于时频分析的裂纹转子碰摩故障特征研究

为研究转子系统耦合故障特性,采用有限元方法建立了含有横向裂纹、转静碰摩的非线性转子动力学模型。首先研究了不同转速下裂纹、碰摩单一故障下转子系统的振动响应,其次研究了两种故障耦合情况下系统的振动响应特征。采用波形图、FFT谱图、瞬时频率和Hilbert-Huang时频谱(HHS)相结合的方法对故障转子振动信号进行了分析。分析结果表明:运用多种时频分析相结合的方法可以较为全面地了解转子的故障特征,裂纹转子在1/5、1/3临界转速时会发生较为明显的5X、3X谐波,且裂纹的产生会导致响应幅值增大,从而引起更为严重的碰摩。      

基于最弱t-模的飞机起落架模糊故障树分析

目的针对飞机起落架部件失效的模糊性以及传统模糊故障树分析中采用扩展原理或区间运算而导致模糊积累的缺点,提出了一种基于最弱t-模的飞机起落架模糊故障树分析新方法。方法采用梯形模糊数表示飞机起落架部件模糊失效概率,给出最弱t-模的模糊运算法则,并利用最弱t-模法则进行模糊故障树分析。结果得到了飞机起落架系统的模糊失效概率以及部件的重要度。结论与传统模糊故障树分析方法比较,该方法具有更加灵活适用的优点,为飞机起落架可靠性评估奠定了基础。     

内埋弹舱典型结构振动响应分析与试验验证

目的提高隐身飞机内埋式弹舱结构,在武器发射时由于气流的强烈扰动产生极高的噪声和结构振动环境下的使用寿命。方法选取内埋弹舱典型结构进行随机振动响应分析,根据分析结果确定加速度传感器和应变花布置位置,并进行地面振动台振动试验验证。结果频率计算结果与扫频结果较为接近,加速度计算结果与试验结果最大误差为23.2%,应力计算结果与试验结果的平均误差基本在20%以下。结论试验前后试验件未发现工程目视可检裂纹等破坏现象,达到了规定的抗振能力,表明内埋弹舱采用的加筋结构形式合理,有限元计算结果能够满足动强度在工程上的计算精度要求。     

基于分层聚类算法的随机振动环境数据归纳

飞机平台振动环境数据归纳技术是确定飞机平台振动环境条件的关键技术,其核心是对飞机平台各测点的振动测量数据按飞机平台位置归类,将飞机平台振动环境简化为有限区域进行考虑。传统的归类方法预先给定类别,然后判断某样本是否属于该类,易受到人为因素影响。提出了基于相似性测度的聚类分析的方法,将振动环境数据进行归类,消除了人为因素的影响,改进了现有的随机振动数据归纳方法。     

某型飞机外翼5—8肋损伤原因分析及修复探讨

目的 分析某型飞机外翼5—8肋油箱区结构不同程度损伤的原因,制定修复方案。方法采用受载分析、有限元仿真计算、静力试验数据分析等强度计算方法分析损伤产生的原因,采用扫描电子显微镜和光学显微镜对磨痕形貌进行观测等失效分析,对损伤结构件开展失效模式分析,根据损伤原因及失效模式制定科学简便的修复方案,同时对损伤长桁采取的修补措施进行强度校核。结果 通过对外翼油箱充压破坏理论分析、有限元仿真计算、静力试验数据反推,并结合飞机实际损伤情况,得出油箱破坏理论分析危险薄弱部位与真实破坏情况一致的结论。有限元仿真计算最危险结构部位与实际结构首先发生破坏部位吻合,可作为深入制定修复方案及推测实际加载压力的依据。通过静力试验数据反推、结构实际损伤及有限元仿真计算结论得出,外翼5—8肋结构出现损伤时油箱施加压力约0.5 MPa,针对损伤制定了更换外翼油箱内部第5—8肋损伤结构和贴补加强损伤长桁的修理方案,经结构强度校核,满足设计要求。结论 分析认为外翼5—8肋油箱区结构损伤原因为油箱压力超过设计值导致结构过载断裂,采用贴补加强修理损伤长桁和更换第5—8肋损伤结构的修复方案能够满足强度设计要求,可指导同类飞机类似结构损伤故障的原因分析和修理,提醒同类飞机维修人员在飞机维护时应关注外翼油箱压力超压问题。     

基于弹性模型的飞机操纵动响应分析

目的 更好地研究飞机在操纵情况下的机体载荷和机体响应,同时验证动态响应分析模型和方法。方法 以某型飞机突风载荷分析用的动气弹仿真模型为基础,考虑机体弹性修正和气动模型修正,梳理试验试飞的舵偏数据,利用MSC软件的动气弹仿真分析模块,将试飞的舵偏数据作为输入信号,开展舵面操纵情况下的机体响应仿真,并将飞机操纵情况下的机体响应分析结果与试验试飞结果进行对比。结果 经过仿真和对比分析可以发现,分析数据和试飞数据整体吻合较好,能够较好地表征飞机的气动特性和结构动力学特性,同时在分析数据和试飞数据中均有比较明显的机体弹性响应成分。对于弹性飞机而言,除操纵造成的机体刚体响应外,机体弹性会带来额外的振动响应,对于特定的部位,这种振动可能是不可忽略的,需要根据具体情况进行详细分析。结论 这种振动响应对飞机操纵、乘客舒适性是否会产生不利影响,需要进一步开展研究工作。     

基于应变模态方法的飞机蒙皮分布动载荷识别

目的解决飞机蒙皮分布动态载荷确定的工程实际问题。方法将基于广义正交多项式的复杂分布动载荷识别技术与应变模态理论相结合,建立利用有限个测点的应变响应和结构应变频响函数作为已知参数的飞机蒙皮分布动载荷识别模型。利用Nastran软件,以某型飞机机身中段外蒙皮为例,分别采用位移模态方法和应变模态方法进行了70、80、90、100 Hz下的蒙皮分布动载荷识别,并进行对比分析。结果以应变响应作为已知参数的应变模态载荷识别方法,在各计算频率下均具有较好的识别精度,最大识别误差为8.9%,能够满足工程应用。在各识别频率下,采用应变方法识别过程中的积分矩阵条件数小于位移方法。在100 Hz识别频率下增加3%随机误差干扰后,位移识别方法最大误差为19.4%,采用应变方法的载荷识别最大误差为9.8%。结论相比于传统的采用位移模态的载荷识别方法,以应变响应作为已知参数的应变模态载荷识别方法具有更好的数值稳定性,对于解决结构共振频率附近频响函数矩阵奇异性问题具有很好的应用价值。     

机翼槽型梁腹板损伤的有限元分析

以圆孔损伤和裂纹损伤为例,在采用全机有限元模型的基础上模拟受损槽型梁腹板的承载能力,给出了损伤尺寸与残余过载之间的定量关系;证实了当损伤出现在槽型梁腹板等受剪板上时,量取损伤尺寸的方向应垂直于第一主应力方向的结论。这些结论为确定受损槽型梁腹板在不修理的情况下具备多大承载能力提供依据。     

某型飞机4号油箱结构损伤分析及修复评估

目的 某型双座机使用中发现4号油箱存在不同程度结构损伤,分析其损伤原因和制定修理方案。方法 对4号油箱结构状态进行深入检查评估后,从结构损伤过程、载荷情况、设计制造和外场使用等方面综合分析损伤原因。对实际损伤结构进行强度计算和评估,制定结构损伤补强修理方案,并提出修理改进建议。结果 通过分析得出,损伤原因主要是4号油箱局部存在设计制造缺陷,且飞机在作大过载飞行时,4号油箱可能处于满油或大量余油的高负载状态。根据损伤原因制定的修理方案合理可行,通过了静强度校核和评估。结论 基于该损伤结构提出的修理方案通过实际修理验证,能够满足油箱结构强度设计要求,提出的改进建议能够改善飞机疲劳品质。     

舰载飞机弹射动力学仿真与试验验证

目的获取舰载飞机弹射过程中冲击动载荷在结构上的响应规律,以及前起落架和与其连接的机体主传力结构的动响应特性。方法基于多体系统动力学理论,建立描述舰载机弹射过程的刚柔耦合多体系统动力学模型,对弹射过程进行仿真分析。同时开展地面模拟弹射冲击试验,通过仿真和试验对照,重点研究牵制载荷突卸瞬间结构的动态响应规律。结果仿真和试验得到结构传力路径各点的加速度和应力响应数据,试验测得机体结构加速度峰值达到255g,而同位置的应力峰值为85 MPa,仿真和试验数据的趋势一致。结论牵制载荷突卸形成的冲击动响应峰值沿着结构传力路径衰减。航向加速度和应力响应峰值随着牵制释放载荷的增加而增加。虽然瞬态加速度峰值达到较高水平,但是瞬态作用机体结构的应力峰值不高,不足以造成结构失效。结构设计应重点关注弹射冲击响应峰值和振动疲劳的影响。     

噪声与静压载荷同时作用下飞机壁板试验研究

目的 模拟飞机结构承受静压载荷与噪声载荷时的真实情况,为飞机设计初期阶段设计选型提供试验数据支持。方法 使用压缩空气进行静压加载,模拟噪声与正压、噪声与负压联合加载,并以静压载荷0.06 MPa、噪声载荷151 dB为例,进行了试验验证。结果 在噪声与静压载荷同时作用下,若静压载荷过大,结构会发生塑性变形。结论 提出的飞机选型阶段噪声与静压载荷联合加载的试验方法,实现了噪声与静压(正压与负压)联合加载,并通过飞机壁板声静联合试验,验证了飞机壁板结构的噪声与静压联合试验方法。     

某军机整体壁板裂纹损伤强度评估研究

用全机有限元模型模拟损伤部位的局部位移和力边界条件,对机翼整体壁板高应力区的裂纹型损伤分析,研究了不同损伤尺寸对整体壁板强度的影响,给出损伤尺寸与残余过载、残余强度系数的关系,结论对外场评定战伤飞机损伤程度提供依据.     

加筋板在复杂载荷下的振动疲劳寿命分析

目的研究航空工程结构部件——加筋板在准静态载荷和随机动载荷联合加载下的振动疲劳寿命预估问题。方法针对某铣制铝合金缺口加筋板,建立有限元模型,并采用时域法进行静动联合加载下的疲劳寿命分析。首先将准静态载荷分解为静力与正弦激励,以静力结果作为平均应力修正S-N曲线,再采用随机响应分析计算动载荷单独作用下结构危险点的应力PSD函数,通过逆傅里叶变换法,提取随机加载过程中的时域信号后,应用Von Mises等效准则,将其与正弦激励时域样本进行叠加,得到疲劳分析应力谱,再结合Miner线性累积理论和雨流循环计数法,计算得加筋板结构静动联合加载下的疲劳寿命。结果通过有限元仿真分析计算,得到加筋板在静动载荷共同作用下的疲劳寿命,对比试验寿命,误差基本在两倍界以内。结论由仿真与试验的结果对比说明,该方法可以有效预估试验件在静动载荷联合加载下的疲劳寿命,并能进一步推广到类似载荷下的疲劳寿命预估问题。