李春秀

摘 要：本文在《共摸故障在直升機(jī)研制中的研究》一文原理及要求分析的基礎(chǔ)上進(jìn)一步闡述共摸故障分析在直升機(jī)研制中的應(yīng)用。基于SAE ARP 4761共模故障分析的方法，結(jié)合以往型號(hào)設(shè)計(jì)及相應(yīng)飛機(jī)共模故障分析的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以法國(guó)20世紀(jì)80年代研制的AS365N直升機(jī)電源系統(tǒng)為實(shí)例，闡述了共模故障分析的具體實(shí)施。

關(guān)鍵詞：共模故障；經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)；具體實(shí)施

中圖分類(lèi)號(hào)：V263 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 概述

《共模故障分析在直升機(jī)研制中的研究》一文中基于ARP 4761描述了共模故障分析的基本原理及要求，給出了共模故障相應(yīng)的分析方法、實(shí)施程序及共模分析實(shí)例。本文結(jié)合型號(hào)研制中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，將ARP 4761的要求轉(zhuǎn)化為型號(hào)研制中易于實(shí)施可具體操作的系統(tǒng)應(yīng)用。

1 共模故障分析

以法國(guó)20世紀(jì)80年代研制的AS365N直升機(jī)電源系統(tǒng)為例說(shuō)明如何實(shí)施共模故障分析。

1.1 分析準(zhǔn)備

（1）系統(tǒng)特性

AS365N型機(jī)是由兩臺(tái)直流起動(dòng)發(fā)電機(jī)構(gòu)建的兩個(gè)互為余度的主電源系統(tǒng)和由蓄電池組成的應(yīng)急電源組成的。

正常情況下，兩個(gè)主電源系統(tǒng)向各自的主匯流條（PP8、PP9）供電；任意一臺(tái)發(fā)電機(jī)組成的主電源系統(tǒng)故障時(shí)，主匯流條連接接觸器（P19）閉合，此時(shí)，主匯流條PP8、PP9由正常工作的主電源供電。上述情況下，蓄電池（P20）匯流條接觸器（P16、P17）閉合，蓄電池匯流條（PP7）由主電源系統(tǒng)供電，此時(shí)，蓄電池處于浮動(dòng)充電狀態(tài)。當(dāng)主電源系統(tǒng)全都故障時(shí)，蓄電池給蓄電池匯流條（PP7）供電，以便給確保飛行安全的用電設(shè)備供電，系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

注：不同代號(hào)的相同產(chǎn)品為同一型號(hào)。

（2）共模故障分析檢查單

按ARP 4761共模故障分析檢查單的模板結(jié)合AS365N型機(jī)上面分析的系統(tǒng)特性，該型直升機(jī)電源系統(tǒng)共模故障分析檢查單見(jiàn)表1。

（3）共模故障的選擇

根據(jù)AS365N型機(jī)直流電源系統(tǒng)的功能分析及《共模故障分析在直升機(jī)研制中的研究》所規(guī)定的選擇原則，選擇表2所示的故障狀態(tài)作為共模分析的對(duì)象。

1.2 共模故障分析

1.2.1 共模故障的定性分析

定性分析即是對(duì)共模故障分析檢查單所確定的共模故障進(jìn)行深入的分析，從而確定共模故障接受狀態(tài)。

（1）識(shí)別共模故障源。對(duì)表1電源系統(tǒng)共模分析檢查中所確定的共模故障進(jìn)行分析，以識(shí)別要作進(jìn)一步分析的共模故障。

如表2所示，AS365N型機(jī)電源系統(tǒng)所要分析的是DF001和DF002這兩個(gè)不希望事件的共模故障。DF001這一事件中蓄電池供電能力的喪失與兩個(gè)主電源（分）系統(tǒng)供電功能喪失，前者為獨(dú)立事件，與兩個(gè)主電源（分）系統(tǒng)不存在共模故障，因此也可以不考慮。

而DF001與DF002中的兩個(gè)主電源（分）系統(tǒng)供電功能喪失是相同的。因此下面的分析中便合二為一，見(jiàn)表3。

表3 電源系統(tǒng)共模故障識(shí)別

通過(guò)上面的“共模故障源的識(shí)別”分析，可以看出采取相應(yīng)的管理和設(shè)計(jì)措施，如有關(guān)人員的培訓(xùn)、考核上崗、供應(yīng)商的合格審定及招投標(biāo)控制、相同部件/設(shè)備的隔離輸入端故障率控制等，使共模故障分析檢查單中的12項(xiàng)共模故障得到消除和控制。

（2）共模故障源的可接受性分析。正如之前所述，經(jīng)過(guò)共模故障源的識(shí)別分析之后，表1共模故障分析檢查單中有12項(xiàng)共模故障源得到了消除和控制，剩下的7個(gè)共模故障源對(duì)他們進(jìn)行共模故障源的可接受性分析。分析過(guò)程見(jiàn)表4。

1.2.2 共模故障的定量分析

通過(guò)上面分析研究之后，可以發(fā)現(xiàn)仍有3個(gè)共模故障源的故障狀態(tài)對(duì)直升機(jī)的安全性風(fēng)險(xiǎn)影響仍未得到有效控制，即：

兩個(gè)相同互為余度的主電源（分系統(tǒng)）和蓄電池供電可能同時(shí)失效/故障，影響直升機(jī)高飛行安全。

兩個(gè)相同互為余度的主電源（分系統(tǒng)）和蓄電池供電可能同時(shí)或任意一個(gè)失故障，影響直升機(jī)正常執(zhí)行任務(wù)；

兩個(gè)相同互為余度的主電源（分）系統(tǒng)的相同部件/設(shè)備可能同時(shí)故障，造成它們不能正常工作。

實(shí)際上后面的相同部件/設(shè)備的共模故障的分析也包括在前兩個(gè)共模故障源的分析之中，因此，僅僅分析前面的兩個(gè)共模故障即可說(shuō)明問(wèn)題了。

故障樹(shù)和故障樹(shù)分析計(jì)算：①故障樹(shù)。通過(guò)上面的系統(tǒng)供電原理可以得到在故障獨(dú)立和共模情況下上面兩種故障狀態(tài)的故障樹(shù)，此處不具體畫(huà)出故障樹(shù)。②故障樹(shù)分析計(jì)算。根據(jù)“AS365N Reliability parameter 1992”表，該型機(jī)電源系統(tǒng)部件、設(shè)備的MTBF值見(jiàn)表5。

將表中的基本事件的故障概率代入，可求得：

獨(dú)立故障情況下全機(jī)斷電（蓄電池匯流條PP7斷電）的概率

Q1（全機(jī)斷電）=2.4238×10-10/h

考慮共模故障情況下全機(jī)斷電的概率

Q1c（全機(jī)斷電）=2.9326 ×10-10/h

顯然，無(wú)論是獨(dú)立故障還是共模故障，蓄電池匯流條PP7斷電的概率均小于10-9這一最壞情況下的安全性目標(biāo)值。

獨(dú)立故障情況下任一主匯流條PP8或PP9的故障概率

Q2（任一主匯流條斷電）=7.5182×10-7/h

考慮共模故障情況下任一主匯流條PP8或PP9的故障概率

Q2c（任一主匯流條斷電）=9.0221×10-7/h

不難看出，無(wú)論是獨(dú)立供電還是共模供電情況下，任一主匯流條斷電的概率均大于10-7/h這一安全性目標(biāo)值，其問(wèn)題是，20世紀(jì)80年代設(shè)計(jì)的AS365N直升機(jī)電源系統(tǒng)的部件/設(shè)備的基本可靠性較低，因此，為確保機(jī)上重復(fù)用電設(shè)備供電的可靠性和安全性，有必要選擇高可靠性的產(chǎn)品或者改進(jìn)系統(tǒng)構(gòu)型。

1.3 評(píng)審

在完成了上述的共模故障分析之后，便進(jìn)行評(píng)審，本例中任一主匯流條（PP8或PP9）無(wú)論獨(dú)立還是共模故障分析，其斷電的概率均大于安全性目標(biāo)值10-7/h的要求，因此，要進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)，以滿(mǎn)足安全性要求。目前，直升機(jī)整機(jī)指標(biāo)為10-5/h，小于固定翼安全性指標(biāo)10-6/h，由此類(lèi)推，危險(xiǎn)性事件安全性目標(biāo)應(yīng)小于10-6/h，上述分析結(jié)果是可接受的，那么上述分析可引入系統(tǒng)安全性分析報(bào)告中。

結(jié)語(yǔ)

共模故障分析是共因分析之一，它是系統(tǒng)安全性分析的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)直升機(jī)安全性要求（目標(biāo)值）的重要而有效的分析方法。本文以ARP 4761共模故障分析的框架，并結(jié)合EC175/Z15，Boing777旅客機(jī)AS365N直升機(jī)電源系統(tǒng)共模故障分析為例，詳細(xì)地闡述共模故障分析方法的應(yīng)用。這樣，將ARP 4761中較為抽象、頂層論述、偏重概念的實(shí)施原則轉(zhuǎn)化為具體實(shí)用、易于操作的有效方法。

參考文獻(xiàn)

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