某型定距螺旋桨故障分析及修理
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作者: 杨兆军
摘 要： CESSNA172飞机上安装的是美国某公司生产的定距螺旋桨，该型桨叶需进行2000小时翻修工作，本文选取了该系列螺旋桨在维修中遇到的几种典型故障，在分析其失效机理基础上，提出了具体的解决措施，经监控和反馈数据表明，这些措施有效的降低了此类故障的发生率。
关键词： 螺旋桨； 故障； 磨损； 损伤； 修理
中图分类号： V267 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）02-0058-02
一、前言
某型定距螺旋桨安装于CESSNA172飞机上，是一种整块的、铝合金制造的、固定桨距螺旋桨，这种螺旋桨与变距螺旋桨在工作原理上有一定的差异；变距螺旋桨由两片或两片以上桨叶和桨毂构成，桨叶固定在桨毂中，桨叶弯曲、变形可能性小，而某型定距螺旋桨桨叶弯曲、变形可能大得多，又因其工作中桨距是不可调的，在修理中对桨距精度要求更高，为保证翻修后的螺旋桨质量，恢复和保持螺旋桨的使用性能，需要维修人员精确校正和维修：
二、螺旋桨失效机理研究
飞机螺旋桨将发动机传递给的功率转变为拉动飞机前进的拉力，其自身及其工作性能的好坏直接影响飞机的飞行安全和飞行性能。因此，准确地检查出螺旋桨结构上存在的各种缺陷（如腐蚀等），并采取相应的处理措施以及使用适当的防护手段，对延长螺旋桨的使用寿命和确保飞机飞行安全、提高飞机的飞行性能是至关重要的。通过对螺旋桨修理中的常见故障进行了分类统计，总结并提出了相应的防护措施。
1.螺旋桨定位销孔的微震磨损、拆装损伤
螺旋桨是通过定位销将桨毂和转接环固定在一起，发动机运转时传递来的交变振动，会造成定位销孔微震磨损。另外，定位销与定位销孔属紧配合，拆装过程会造成螺旋桨定位销孔的损伤，孔径变大，失去定位功能。
2.桨毂固定螺杆的螺帽与桨毂接触面的微震磨损
微震磨损是相互接触的表面由于小位移的往复运动引起的表面损伤。由于受到发动机运转时传递来的交变振动，使本应该处于静止状态的桨毂固定螺杆的螺帽与桨毂接触面之间产生微动，并导致该两表面磨损，见图1.1。
3.上、下桨毂配合面之间的微震磨损
同理，由于受到发动机运转时传递来的交变振动，上、下桨毂配合面之间也会产生微震磨损，见图1.1。
4.下桨毂被发动机结合螺栓磨损
正常安装时，发动机结合螺栓磨损处安装的垫片厚度适中，螺栓不会接触到桨毂（但两者之间的间隙很小）。当垫片磨损变薄后，螺栓可能会磨到桨毂，造成桨毂磨损。
5.桨叶前、后缘，工作面、非工作面冲击腐蚀、打伤与点蚀
桨叶表面喷有耐磨保护油漆。但桨叶在高速运动时，其工作面、前缘、后缘受到空气中较硬的固体悬浮颗粒（如：沙尘、沙粒）或液体（如：水滴）的冲击作用，会产生冲击腐蚀，形成成片的冲击腐蚀坑。在凹坑的边缘有隆起、沿粒子冲击方向的流动及严重的塑性变形等。
当飞机在地面运动时，会卷起地面的石子可能打伤桨叶。
桨叶表面油漆层破坏后，Cl-、SO42-滞留在桨叶损伤的地方，潮湿的空气为点蚀提供了有力的条件。
6.桨叶变形
桨叶在高速运动时，其工作面、前缘、后缘受到空气中受到空气动力作用会产生扭曲，螺旋桨桨叶前端截面积小，受到的扭矩大，工作一段时间后桨叶会产生变形。
三、检测及修理方法研究
根据某型螺旋桨翻修手册、相关技术资料以及螺旋桨失效机理分析，研究确定了该螺旋桨修理的主要内容。
1.螺旋桨定位销孔的微震磨损、拆装损伤
螺旋桨定位销孔的尺寸和形状检测采用内径量表直接测量。定位销的尺寸采用外径千分尺直接测量。
螺旋桨定位销孔的微震磨损、拆装损伤的修复方法：
（1）将螺旋桨定位销孔铰圆，确保孔的同轴度以及螺旋桨桨毂与装接环安装孔的同轴度；
（2）增加铜衬套，恢复其定位功能。
（3）衬套与桨毂之间涂密封胶，密封胶可增加衬套与桨毂的结合强度并防治衬套与桨毂配合面之间的相对运动。
2.桨毂固定螺杆的螺帽与桨毂接触面的微震磨损
微震磨损是相互接触的表面由于小位移的往复运动引起的表面损伤。由于受到发动机运转时传递来的交变振动，使本应该处于静止状态的桨毂固定螺杆的螺帽与桨毂接触面之间产生微动，并导致该两表面磨损。
防护及修复：
（1）打磨去除腐蚀产物；
（2）将配合面打磨平；
（3）将桨毂进行表面化学氧化处理。
可以采用铬酸盐溶液对桨毂进行钝化处理，形成比自然氧化膜厚的氧化保护膜。
反应过程：
反应1（表面侵蚀）：Al+3H+→Al3++3H
反应2（铬酸盐的还原）：6H+2CrO3→2Cr(OH)3
反应3（表面膜形成a ）：2Al3++4H2O→AlO(OH)+6H+
同时（ b ）：Cr(OH)3+CrO3→Cr(OH)2HCrO2
反应4（络合过量铝离子）：Al3++3F-→AlF3
3.上、下桨毂配合面之间的微震磨损
目视观测配合面是否磨损，打磨去除腐蚀产物，并在平台上将配合面打磨平。组装时在配合面上加密封胶乐泰密封胶，20-30分钟后组装。密封胶在配合面上形成密封胶圈（膜），在确保配合面的良好密封的同时减少配合面之间的磨损。
4.下桨毂被发动机结合螺栓磨损
防护及修复方法：
（1）将磨损部位打磨平整；
（2）检查，并及时更换新垫片。
5.桨叶前、后缘，工作面、非工作面冲击腐蚀、打伤与点蚀
（1）将损伤部位打磨平整；
（2）打磨光滑过渡；
（3）表面喷丸和喷漆处理，提高桨叶表面的硬度和韧性。
6.桨叶变形
桨叶变形后会影响气动性能，要求修理后达到规定范围内。实际修理中，采用校正器校正变形桨叶。
四、螺旋桨腐蚀的腐蚀控制及其使用中的注意事项
通过恰当地腐蚀控制技术的实施可以增强螺旋桨的抗腐蚀特性，可延长腐蚀维修周期，并可延长螺旋桨的使用寿命。
1.清除腐蚀部位的腐蚀产物（腐蚀要去除完全、彻底，并且加工表面应保证光滑、清洁）。去除腐蚀产物后的腐蚀深度应在修理标准范围内。
2.装配时，将各配合间隙调整适当，以预防缝隙腐蚀和磨损腐蚀。
3.对腐蚀修理部位的表面进行防腐控制处理，采用化学氧化保护膜、油漆、胶等联用的多层防腐体系。
4.做好修复后的记录工作，对腐蚀修复后的原损伤区域进行定期腐蚀监控。
5.建立螺旋桨腐蚀数据库，对所有使用的螺旋桨进行监控。
6.加强对维修人员的防腐教育和培训，要重视并自觉做好防腐工作。
7.深入研究腐蚀起因，制定预防措施并在实施过程中不断完善和提高。
8.不常用的螺旋桨则要做好油封，防潮等工作，并密封保存，防止水分进入和聚集。
9.在安装配平片时，安装螺钉是有力距的，一定要按规定力矩值拧紧力矩，并且打好保险。不能凭手感，凭手感容易使螺旋桨桨毂上螺纹滑丝，严重话会造成螺旋桨无法进行动、静平衡。
10.一旦螺旋桨打地或被外物击伤，螺旋桨应从发动机上拆下，送厂检查修理，固定螺旋桨的六根长螺栓应报废，不再使用。
11.在外场应严格监控螺旋桨的使用寿命，不能超期使用。
12.定期检查螺旋桨固定状况，一旦发现螺旋桨有松动迹象，应立即拆卸螺旋桨检查。
五、结束语
飞机在地面运转或在地面滑行时，一定要保持场地整洁，防止地面上杂质打伤桨叶。在螺旋桨的日常使用和维护中，严格按螺旋桨厂家推荐的程序进行；并做好螺旋桨存储、保管期间的防腐工作；在螺旋桨的检查、修理中要严格标准，消除故障隐患，可以有效地防治螺旋桨的腐蚀问题。通过良好地腐蚀防护与控制措施，将螺旋桨的腐蚀破坏的速率降低，可以有效地提高螺旋桨的使用寿命，确保飞机飞行安全。
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