摘要：针对某型飞机副翼位置连接角位移传传感器的耳环螺栓断裂，通过机上运动轨迹分析、螺栓失效分析等，找出断裂的可能原因，提出改进及预防措施，为排除类似故障提供参考。
关键词：飞机；螺栓断裂；传感器
1 故障现象
空某旅反馈歼某型飞机副翼位置CD-3角位移传感器失效，所连接耳环螺栓J8Ⅱ-5407-210断裂，返厂检查损伤件确认耳环螺栓弯曲变形至断裂，角位移传感器插接耳片压接处翘起变形明显，指针轴脱出。
2 问题定位
经分解产品检查，角位移传感器指针轴部件的固定六角螺母已与指针轴脱开。经在电子放大镜下检查，指针轴的螺纹有明显损伤（如图1），六角螺母表面镀层有多处脱落。从产品的故障状态可以判断，指针轴脱出是造成其变形的直接原因。从指针轴螺纹的损伤情况及六角螺母表面镀层的脱落情况判断，外力作用明显。
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图1 指针轴脱出变形的角位移传感器及螺纹损伤的指针轴
图2 弯曲断裂的耳环螺栓及断面
耳环螺栓宏观形貌如图2所示，断裂位置可见明显的弯曲变形。其他区域未见明显的变形及机械损伤特征，整个耳环螺栓表面镀层完整。
3 原理分析
3.1结构原理
CD-3角位移传感器主要用于舵面角度、油门杆位移的采集，安装在副翼操纵系统中。耳环螺栓J8Ⅱ-5407-210、耳片J8Ⅱ-5407-220、耳环J8Ⅱ-5411-140组合成拉杆J8Ⅱ-5407-200。耳片J8Ⅱ-5407-220另一端连接CD-3角位移传感器。
3.2 机上装配及运动分析
机上装配时，拉杆J8Ⅱ-5407-200一侧通过螺栓连接到摇臂J8Ⅱ-5407-20上；另一侧连接CD-3副翼角位移传感器，整个运动链形成一“Z”字型机构，如图3。副翼舵机运动时，舵尾接杆带动“Z”型机构运动，从而带动角位移传感器绕轴线的转动，实现对舵面偏度的测量。
为保证角位移传感器的阻值变化要求，对角位移传感器初装后进行调整。工艺规定，通过调整连接耳片J8Ⅱ-5407-220臂长c来调整传感器的阻值，调整杆b实现“Z”型机构的确定运动。
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图3 副翼角位移传感器连接示意图
4 失效分析
将断裂的耳环螺栓送去失效分析。通过对断裂的耳环螺栓进行宏微观观察、硬度检查，确定了螺栓的断裂性质。剪切断裂区域位于螺栓弯曲位置的内侧，这与螺栓首先在弯曲应力作用下，拉应力形成等轴韧窝形貌，当即将完全断裂时，剩余连接部分以剪切方式断裂的特征相吻合。在扫描电镜下对螺栓断口进行微观观察，断口表面呈麻点状，整个断口磨损较严重，未磨损部分为等轴韧窝特征。基本确定螺栓断裂性质为：
（1）耳环螺栓的断裂性质为过载断裂；
（2）引起耳环螺栓断裂的应力为弯曲应力。
5 断裂原因分析
结合失效分析结论，以及部件在机上运动情况，分析耳环螺栓断裂有两种可能性：（1）在运动过程中螺栓首先受到弯曲应力作用，作用力反复施加，螺栓变形；当作用力达到一定时效时，应力-应变趋于极限，当突破螺栓的抗拉强度值时，螺栓失效断裂。（2）“Z”型机构运动中突然受到一较大外力，外力始终存在限制了机构的运动而被迫停止；同时舵机尾接杆要保持原有运动并输出力，输出力无法传递转化，最终集中到“Z”机构的薄弱环节，螺栓断裂，传感器变形。
通过以上分析，可能造成耳环螺栓断裂原因有以下几个：
5.1 耳环螺栓或耳片调整长度不当造成断裂
从图3可见，b、c杆均需进行调整以满足使用要求。如果长度调整没有达到规定值，“Z”型机构运动过程会产生一定的阻力，对耳环螺栓形成弯曲应力，造成耳环螺栓弯曲，甚至断裂。
在运动过程中，如果b杆或c杆调整大于规定长度，在机构运动至左极限位置时，由于耳环螺栓左铰接点与耳片的下铰接点的运动轨迹是一定的，即在左极限位置这两个铰接点始终要到一个即定的点位。这时由于耳环螺栓稍大于规定长度，而两个铰接点点位不变，舵机输出力可以由“Z”型机构转化一部分，无法转化的力对机构运动产生一定的阻力，使螺栓逐渐产生弯曲，同时耳片受的力传递给角位移传感器发生翘起变形。长此以往，耳环螺栓产生疲劳应力发生断裂， 角位移传感器指针轴脱出。
5.2 “Z”型构件运动过程存在较大阻力而停止
查看机上装配情况，如果“Z”型构件运动过程中存在使运动停止的阻力，那么阻力产生的源点可能有两处：一是耳环螺栓耳环处与角位移传感器伸出耳片连接螺栓HB1-106-5×22×3与周围结构或部件触碰；二是角位移传感器卡滞耳片无法运动。
耳环与耳片的连接螺栓HB1-106-5×22×3应保证与上下结构件或机翼蒙皮的间隙6mm。该架飞机修理过程中对运动间隙检查满足操纵系统运动部件间隙要求。但是飞机在高速高机动的飞行中，由于受气动力作用产生蒙皮变形，使间隙不能达到静止时的状态，间隙减小，连接螺栓端部与蒙皮产生触碰，阻止机构运动，导致耳环螺栓断裂。
角位移传感器耳片插入夹板的长方形通孔中，经螺钉紧固后带动指针轴组件转动。耳片的偏转角度由轴承座上的限定结构对极限进行限定，此部分由四个铆点进行紧固。如果角位移传感器调整或装配不当，会导致飞机在飞行时，使得耳片运动至极限位置，受到限位结构铆点的阻力，从而导致相连耳环螺栓受力断裂。
6 结论
根据以往飞机大修故检反馈，耳环螺栓曾经发现过弯曲的情况，角位移传感器也发现过冲点被冲开。如果是以上5.2分析中，机构运动完全被阻碍而停止，由于舵机输出力较大，应使螺栓断裂，所以从弯曲时有发生判断该情况可以排除。可以确定装配时b、c杆调整长度不当是耳环螺栓断裂的根本原因。
7 改进措施
7.1 将耳环螺栓设为无损检测项目
制造图样规定，耳环螺栓J8Ⅱ-5407-210制造成型后螺栓应进行100%荧光检查。修理时将该螺栓设置为无损检测项目实施全数检测。
7.2 咨询设计所精确调整b、c杆长度
b、c杆组成“Z”型机构的主要部分。b、c杆调整长度制造图样上无明确规定，某技术条件标示出的长度分别为92mm、50mm，无公差。调整过程中，因c杆首先要满足可变电阻要求，必做调整；从机构运动原理上分析，如果要使机构保持确定的运动，b、c杆应做联调，即c杆调长了相应b杆调短，反之同理。而实际设计中无规定工厂调整时也未对b杆进行二次调整，即每架飞机c杆长度不确定而b杆长度相对确定。咨询设计所精确调整b、c杆长度。
7.3 修理及装配中加强检查
调试过程中加强对活动件间隙的检查，在舵机运动全行程中查看连接螺栓端面与上、下的间隙必须达到6mm。
角位移传感器修理方面，产品装配过程中加强指针轴六角螺母的紧固检查，采取防松措施。
作者简介：赵晓娜，工程师，主要从事飞机飞行控制系统专业技术工作。
参考文献：
[1]程继红, 曲东才, 卢斌文,等. 某型飞机角位移自动驾驶仪比例式控制规律设计与仿真[J]. 海军航空工程学院学报, 2011, 26(3):241-244.
[2]盖承慧[1]. 某型飞机角位移传感器调整方法的提出与论证[J]. 中国战略新兴产业(理论版), 2019, 000(014):1-2.