由于使用环境和贮存时间等因素影响,RAT作动机构的可靠性可能发生退化,从而产生各类故障.进行根原因分析能确定影响机构性能的主要组件,以便从设计方面进行改进,减少故障产生的可能.
民用飞机常用的桨叶式RAT作动机构一般处于收回状态,作动机构展开弹簧处于压缩状态且被装置锁定,当收到释放信号后,锁定装置解除,展开弹簧伸长,推出作动机构.收放作动机构的结构如图1,按照执行功能的不同可将其分为锁定装置和执行装置两个子系统.
图1 RAT作动机构结构
Fig.1 (Color online)Structure of RAT actuator
锁定装置主要由锁定弹簧、平动连杆机构、卡环、钢珠及电磁锁等组成,其包括收起状态的上位锁和伸出状态的下位锁,利用两个卡锁环与活塞上的斜面与凹槽配合以实现锁定和解锁功能.
执行装置主要由展开弹簧、活塞和载荷连接杆组成,通过弹簧力带动整个执行机构产生一定位移,使RAT装置的迎风部分被推出机舱外.弹簧力由两个劲度系数不同的大小弹簧组成,通过这两个弹簧共同作用克服与其他机构的静态摩擦力,确保作动机构的顺利启动.
RAT作动机构通常具有3种展开行程故障模式:① 锁定装置无法解锁展开; ② 执行装置展开过快; ③ 执行装置展开过慢.针对不同的故障模式,根原因分析能有效识别故障并分析故障原因,便于从根本上提出针对问题本质的解决方案[15].常用的分析方法有事件树分析法[16]、事件因果关系图表法[17]、屏障分析法[18]、树状图法[19]、5-whys 分析法[20]、基元事件分析法[21]及原因图法[22]等.由于故障树分析法全面直观,因此,本研究采用故障树建立作动机构故障模式与其组件之间的关系.
对每一类故障模式分别建立故障树,以执行装置展开慢故障为例,其故障树如图2.其中,GT表示门,即与门或非门等; EV表示底事件; FR表示失效率.对于执行装置展开慢的故障,根原因有密封圈太紧造成的摩擦力过大、杂物卡阻、弹簧储存期间变性、大弹簧提前退出作用、阻尼孔被阻塞及液压油变性等.
图2 执行装置展开慢故障分析
Fig.2 Slow deployment failure analysis of the actuating system
同样对另外两种故障模式建立故障树,结果认为,对于执行装置展开过快的故障,根原因有密封圈失效造成泄漏、阻尼孔磨损变形及液压油变性等; 对于锁定装置无法解锁展开的故障,根原因有组件或基体关键表面的磨损或生产装配误差、杂物卡阻、电磁锁失效及液压油变性等.
通过作动机构的故障分析可以看出,作动机构的各类故障模式主要涉及作动弹簧、阻尼孔、密封件以及作动机构结构体本身等因素.密封件的使用一般根据相关标准选取,缺乏改进空间; 作动机构结构本体与飞机其他部分联系紧密,不宜调整其结构尺寸.因此,确定作动弹簧和阻尼孔作为可改进的对象,通过优化作动弹簧和阻尼孔参数,实现作动机构性能的改进.
