章瀟
摘 要:S-76C+直升機隨著機齡不斷老舊,經常性出現(xiàn)與總距位置傳感器有關的故障。此類故障在排除過程中存在故障現(xiàn)象復雜、難以確定故障源等困難情況,作者結合以往排故經驗,以直升機系統(tǒng)原理為基礎分析了總距位置傳感器的工作原理及故障機理,為直升機維護人員準確快速地排除此類故障提供了參考。
關鍵詞:直升機 位置傳感器 故障分析
北海第一救助飛行隊(以下簡稱:北一飛)所屬的S-76C+型直升機(注冊號:B-7312)在一次飛行訓練中,飛行員反映直升機兩臺發(fā)動機的N1指示一直在跳變,同時,在懸停過程中出現(xiàn):N2轉速下降、旋翼轉速下降,發(fā)動機OEI(單發(fā)運行)警告,整個過程持續(xù)時間不超過1秒,隨后直升機一切參數(shù)正常。直升機返航后機務檢查直升機,未發(fā)現(xiàn)任何故障代碼出現(xiàn)。
故障分析
經機務人員初步分析認為,該故障現(xiàn)象與西科斯基公司(該型號直升機的制造廠家)于2007年發(fā)布了一份服務通告(編號:CCS-76-AOL-07-0005)所描述的現(xiàn)象類似,很有可能是為DECU(數(shù)字式發(fā)動機控制組件)提供信號的總距位置傳感器故障而導致的。
該服務通告指出,西科斯基從客戶反饋中發(fā)現(xiàn)了兩起與總距位置傳感器有關的故障。這兩起故障均出現(xiàn)了OEI 警告,飛行員按照《飛行手冊》中規(guī)定的OEI處置程序正確處置,直升機安全著陸。
西科斯基召集會議回顧了這兩次事件,認為直升機出現(xiàn)OEI警告的情況是對總距位置傳感器故障進行了正確響應。即故障的總距位置傳感器輸出的信號被DECU 接受,DECU認為直升機總距位置發(fā)生了變化(事實上該變化為假信號,總距桿位置實際未變化)。根據DECU設計的運算控制程序,當總距位置發(fā)生變化時,需要降低某個發(fā)動機功率輸出幾秒鐘進行響應。同時,其中一起在發(fā)生故障前的幾班飛行中,曾出現(xiàn)過DECU Minor Fault(IIDS 顯示器上顯示“COLL POSITN FAULT”,即總距位置故障)。綜上所述,西科斯基建議只要DECU 出現(xiàn)過總距位置傳感器故障警告就需要更換總距位置傳感器。
根據S-76C+/C++型直升機《維護手冊》的內容,DECU對于發(fā)動機熄火探測及警告邏輯是由下述兩種情況觸發(fā)的:①當一臺發(fā)動機的N1 降到慢車范圍。②發(fā)動機處于N1 匹配工作的情況下,雙發(fā)的N1 分叉超過5.5%。若發(fā)生上述兩種情況,DECU將進入OEI狀態(tài)。而且,上述的第二種情況是一種重要的安全機制,DECU會立即探測到發(fā)動機熄火的狀況并對工作正常的發(fā)動機自動建立OEI 限制,使直升機能夠通過一臺發(fā)動機的高功率運行,保障安全著陸。
基于系統(tǒng)的多余度設計,正常情況下,每臺發(fā)動機的DECU接受獨立的總距位置信號,對于一個總距給定的位置,兩個獨立信號也應該是相同的數(shù)值。同時,每臺發(fā)動機的DECU對各自輸入總距位置信號進行獨立的故障檢測。I故障檢測邏輯為:若DECU檢測到輸入的信號超出5%-95%范圍區(qū)間或信號出現(xiàn)過大的變化率(即超過290%/秒),DECU將判定輸入到其內部的總距位置信號出現(xiàn)故障,繼而受影響的發(fā)動機的DECU將會利用另一臺發(fā)動機的DECU的總距位置信號,除出現(xiàn)DECU Minor Fault 指示外,對直升機的正常操縱沒有任何影響。
西科斯基認為通告中所述的兩起故障都是由于一臺發(fā)動機接收到了過低的總距位置信號,但信號并沒有超過故障檢測邏輯規(guī)定的變化范圍,因此,DECU認為總距位置傳感器未出現(xiàn)故障,該過低的信號為有效信號。根據發(fā)動機控制機理,總距輸入的變化會立即反映到功率輸出的變化上。當DECU接受過低總距信號后,會控制對應的發(fā)動機短暫減少輸出功率,隨后,通過功率渦輪調節(jié)功能及載荷分配功能來補償過低的總距輸入,從而迅速地使該發(fā)動機的輸出功率回歸到與另一臺正常工作的發(fā)動機相匹配的狀態(tài),但由于雙發(fā)N1 偏差超過了5.5%,從而導致了幾秒鐘的OEI 狀態(tài)。
特別需要注意的是,此種狀態(tài)只是短暫失去一臺發(fā)動機的功率數(shù)據,根據設計,DECU 將反應出功率分叉狀況,自動建立30 秒OEI功率并宣布OEI狀況(出現(xiàn)OEI警告)。
技術人員檢查故障的總距位置傳感器后發(fā)現(xiàn),故障原因是傳感器內部用來產生輸出信號的碳滑軌部分出現(xiàn)磨損,導致本應平順變化的電阻產生跳變,在直升機自身振動的共同作用下引起輸出信號的跳變。
B-7312直升機發(fā)生故障時并未出現(xiàn)過任何代碼,只是N1指示在不停的跳動,這就表明DECU接受了不正確的總距位置信號,繼而利用另一臺發(fā)動機的總距信號,又因為總距信號的輸入會立即反應到功率輸出,接受了過低總距信號的發(fā)動機會短暫減少功率輸出所以導致了N2轉速下降,旋翼轉速下降,之后依靠功率渦輪調節(jié)功能及載荷分配功能補償不正確的總距輸入,快速的將該發(fā)動機的功率輸出回到與工作正常發(fā)動機相匹配的狀態(tài),但由于雙發(fā)N1 偏差超過5.5%,從而導致幾秒鐘的OEI 狀態(tài)。
故障處置及建議
基于上述分析,北一飛的機務人員在更換了B-7312的總距位置傳感器后,進行了試飛,試飛過程及之后的飛行過程中均未再出現(xiàn)該類故障現(xiàn)象。
通過此次排除故障的經驗,當機務人員發(fā)現(xiàn)直升機出現(xiàn)N1跳動、短時間OEI警告并未伴隨故障代碼出現(xiàn)時,可初步懷疑總距位置傳感器發(fā)生故障。
此類故障也提醒著機務維護人員,在對老舊直升機進行維護過程中,應當尤其注重觀察、維護那些容易隨長時間振動而老化、磨損但并非時控件的部件。
參考文獻:
[1].Sikorsky,服務信函, CCS-76-AOL-07-0005,2007。
[2].Sikorsky,S-76C+/C++ Maintenance Manual [M],2013。
(作者單位:交通運輸部北海第一救助飛行隊)