萬榮根,劉忠樂,盧 迪

(1.陸軍裝備部航空軍事代表局駐景德鎮(zhèn)地區(qū)航空軍事代表室,江西 景德鎮(zhèn) 333000;2.陸軍裝備部航空軍事代表局駐株洲地區(qū)航空軍事代表室,湖南 株洲 412000)

1 故障案例

機(jī)身短翼外掛系統(tǒng)的功能由最初的單純掛載副油箱提高直升機(jī)航程擴(kuò)展到可以掛載多種武器,可以讓直升機(jī)執(zhí)行更加廣泛的任務(wù)[1-2]。外掛系統(tǒng)的失效影響直升機(jī)的性能及打擊能力[3]。一直升機(jī)在進(jìn)行外掛投棄控制板試驗試飛科目過程中,第一次起落時機(jī)上外掛投棄控制板和外掛吊艙均不加電,機(jī)上情況正常;第二次起落機(jī)上外掛投棄控制板和外掛吊艙加載應(yīng)急電源、正常電源,飛行后正常著陸,試飛過程中未發(fā)現(xiàn)異常。飛行后進(jìn)行機(jī)務(wù)檢查時發(fā)現(xiàn),內(nèi)側(cè)掛點吊艙掛架及吊艙意外脫落。事后下載飛參數(shù)據(jù)并經(jīng)技術(shù)分析,確定外掛吊艙丟失于飛機(jī)著陸前3～5分鐘時間段。

2 故障原因分析

故障機(jī)地面復(fù)現(xiàn)試驗采用2個投放夾具替代吊艙掛架,懸掛在直升機(jī)左右內(nèi)側(cè)掛點位置。當(dāng)直升機(jī)加載正常電源、應(yīng)急電源,在未進(jìn)行任何投棄操作的情況下,投放夾具自動脫落。試驗重復(fù)兩次,故障均復(fù)現(xiàn)。因此,分析判斷該投放夾具自動脫落的原因是外掛投棄控制板在未進(jìn)行任何投棄操作的情況下,對左右內(nèi)側(cè)掛點位置掛彈鉤仍有投棄信號輸出。在對外掛投棄控制板進(jìn)行分解檢查時發(fā)現(xiàn),外掛投棄控制板盒體內(nèi)有焦糊味,矩形電連接器引出的導(dǎo)線束中7號導(dǎo)線(正常供電控制線)、8號導(dǎo)線(應(yīng)急供電控制線)燒蝕嚴(yán)重,而導(dǎo)線束中5號導(dǎo)線(內(nèi)側(cè)應(yīng)急投棄控制線)與7、8號導(dǎo)線間已被燒蝕短路(其他導(dǎo)線與7、8號導(dǎo)線存在不同程度粘連)。因此當(dāng)直升機(jī)加載正常,應(yīng)急電源(7、8號導(dǎo)線加電),5號導(dǎo)線便短路帶電,其對應(yīng)的繼電器K3即工作輸出投棄信號,導(dǎo)致直升機(jī)左右內(nèi)側(cè)掛點掛彈鉤開鉤,投放夾具脫落。燒蝕導(dǎo)線簡化電路如圖1所示。

圖1 燒蝕導(dǎo)線示意圖

綜上分析,吊艙掛架及吊艙的脫落亦是外掛投棄控制板矩形電連接器7、8號導(dǎo)線與5號導(dǎo)線間燒蝕短路所造成的。根據(jù)導(dǎo)線燒蝕情況判斷,7、8號導(dǎo)線曾有大電流經(jīng)過。

7、8號導(dǎo)線系外掛投棄控制板矩形電連接器配帶導(dǎo)線,其額定通過電流為3.7 A。而在外掛投棄控制板中,7、8號導(dǎo)線設(shè)計通過最大控制電流為(機(jī)上同時對直升機(jī)左右內(nèi)、中、外掛點進(jìn)行投棄操作時):

(1)

因此導(dǎo)線選型滿足設(shè)計需求,在正常工作狀態(tài)下,7、8號導(dǎo)線所經(jīng)過的電流不會引起導(dǎo)線的燒蝕。

綜上分析,判斷系統(tǒng)中存在大用電負(fù)載,潛在回路產(chǎn)生大電流,將7、8號導(dǎo)線燒蝕。

3 機(jī)理分析

通過對外掛投棄控制板電氣原理圖的分析發(fā)現(xiàn),外掛投棄控制板矩形電連接器7、8號導(dǎo)線共同連接于鈕子開關(guān)S1(單刀型開關(guān))前端。在機(jī)上“正常供電”、“應(yīng)急供電”同時供給的情況下,通過7、8號導(dǎo)線的電流主要為進(jìn)行投棄操作時通過繼電器線圈的控制用電,其強(qiáng)度不大于0.33 A(當(dāng)同時對機(jī)上左右內(nèi)、中、外側(cè)掛點進(jìn)行投棄操作時),不會造成導(dǎo)線的燒蝕;而當(dāng)機(jī)上不關(guān)閉吊艙、顯控等設(shè)備用電通路而直接關(guān)閉正常供電總電門,應(yīng)急電源將通過7、8號導(dǎo)線向吊艙、顯控等設(shè)備供工作用電,形成潛在工作回路,如圖2中粗線所示。

根據(jù)飛行記錄,潛在工作回路上的用電負(fù)載包括高低頻吊艙、微米波吊艙、顯控等。計算潛在工作回路上的電流強(qiáng)度如表1所示

從表1可以看出,當(dāng)機(jī)上不關(guān)閉吊艙、顯控等設(shè)備用電通路而直接關(guān)閉正常供電總電門,通過7、8號導(dǎo)線的電流已達(dá)到22 A,大大超過了導(dǎo)線額定電流3.7 A,使導(dǎo)線燒蝕。由此斷定7、8號導(dǎo)線共同連接于鈕子開關(guān)S1前端,使機(jī)上“正常供電”、“應(yīng)急供電”相互連通,在機(jī)上不關(guān)閉吊艙、顯控等設(shè)備用電通路而直接關(guān)閉正常供電總電門的情況下形成潛在工作回路,是導(dǎo)致大電流產(chǎn)生的主要原因。

該吊艙掛架原狀態(tài)簡化電氣原理如圖3所示。從圖3可以看出,原狀態(tài)電路設(shè)計“正常供電”和“應(yīng)急供電”為分路控制,形成并聯(lián)關(guān)系,對掛彈鉤輸出前,通過V9、V10二極管對投放電路進(jìn)行了隔離,因此不存在形成潛在供電通路的情況。但后期對外掛投棄控制板開關(guān)、電連接器和面板標(biāo)識等進(jìn)行了設(shè)計更改。更改設(shè)計將原雙刀型改為了單刀型,使“正常供電”和“應(yīng)急供電”合并位置發(fā)生了改變。而為避免V9、V10二極管降壓對繼電器的工作造成影響,設(shè)計更改時未對V9、V10二極管位置進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,導(dǎo)致隔離措施失效,形成潛在回路。因與主機(jī)在機(jī)上供電時序的溝通上存在偏差,對外掛投棄控制板的通電檢查只進(jìn)行了正常電源、應(yīng)急電源同時加電檢查,未能發(fā)現(xiàn)潛在工作回路的存在。綜上分析,本案例吊艙掛架意外脫落的根本原因在于設(shè)計更改后的雙電源隔離措施失效。

圖3 原狀態(tài)電氣原理圖

為進(jìn)一步確定故障原因,針對外掛投棄控制板導(dǎo)線燒蝕的情況,根據(jù)表1對通過7、8號導(dǎo)線電流的計算結(jié)果,對燒蝕導(dǎo)線耐受電流的能力進(jìn)行了摸底試驗。試驗使用28 V直流電源,受試導(dǎo)線與燒蝕的7、8導(dǎo)線同牌號、同規(guī)格。試驗的方法是對受試導(dǎo)線加載不同強(qiáng)度的電流,觀察線皮的反應(yīng),從而判斷其耐受電流的能力。

試驗表明:受試導(dǎo)線加載25 A電流,通電2 s導(dǎo)線線皮即融化冒煙,出現(xiàn)燒蝕情況。試飛數(shù)據(jù)分析確認(rèn):故障發(fā)生時正常匯流條保持了18 s的20 V電壓輸出的情況,計算出故障發(fā)生時間段,線路上的總電流高達(dá)28.72 A。

綜合試飛數(shù)據(jù)分析及摸底試驗結(jié)果可以看出,故障發(fā)生時線路上的電流足以將7、8號導(dǎo)線燒蝕,試驗結(jié)論與機(jī)理分析中的結(jié)果一致,證明對故障的定位準(zhǔn)確。

4 糾正措施及驗證

4.1 糾正措施

根據(jù)問題原因、機(jī)理分析的結(jié)果,對外掛投棄控制板的設(shè)計方案進(jìn)行完善設(shè)計,并對采用隔離措施的有效性進(jìn)行充分的論證。本文提出的主要完善措施有:

1)恢復(fù)雙刀型鈕子開關(guān)設(shè)計(開關(guān)S1);

2)通過K8繼電器及V9、V10二極管構(gòu)成線路隔離的雙保險。

完善后的設(shè)計方案電路原理圖如圖4所示。

圖4 完善后的設(shè)計方案電路原理圖

從圖4原理圖中可以看出,只要機(jī)上給外掛投棄控制板供正常電源,K8繼電器即工作,使觸點置常開端,實現(xiàn)正常電源與應(yīng)急電源的隔離。即使在后級電路中正常電路、應(yīng)急電路因器件故障出現(xiàn)短接情況,V9、V10二極管依然能保證電源的相互隔離。完善后的設(shè)計方案采取了有效的隔離措施,消除了潛在回路的存在。

4.2 驗證試驗

為驗證完善后設(shè)計方案采用隔離措施的有效性,首先進(jìn)行了摸底驗證試驗。試驗?zāi)M吊艙掛架及外掛投棄控制板在機(jī)上出現(xiàn)故障時的供電狀態(tài)。首先對外掛投棄控制板XP1電連接器(與直升機(jī)對接接口)“電源正”信號線加載28 V直流電,檢測“應(yīng)急投棄”信號線對地電壓情況;然后對“應(yīng)急投棄”信號線加載28 V直流電,檢測“電源正”信號線對地電壓情況。試驗結(jié)果為:當(dāng)在XP1電連接器“電源正”信號線上加載28 V直流電,“應(yīng)急投棄”信號線上無對地電壓;當(dāng)在XP1電連接器“應(yīng)急投棄”信號線上加載28 V直流電,“電源正”信號線上無對地電壓。結(jié)果證明,完善后的設(shè)計方案隔離措施有效,“正常供電”、“應(yīng)急供電”線路間不存在潛在回路,滿足了 “投放電路具有隔離措施” 的要求。

其次進(jìn)行了安全性試驗。安全試驗主要包括高溫工作試驗、低溫工作試驗、溫度沖擊試驗、振動功能試驗、沖擊試驗、加速度試驗、電源特性試驗、電磁兼容試驗等掛飛安全性試驗。在進(jìn)行電源特性試驗中的電源尖峰試驗時產(chǎn)品出現(xiàn)了故障:當(dāng)對外掛投棄控制板施加300 V的負(fù)尖峰時,該外掛投棄控制板投棄允許指示燈熄滅,電源尖峰試驗故障。經(jīng)分析,本次試驗故障的主要原因為:電路中未對電源尖峰進(jìn)行抑制處理,導(dǎo)致外掛投棄控制板內(nèi)V8二極管損壞。針對電源尖峰試驗故障采取的糾正措施是:在電源的輸入端增加瞬態(tài)電壓抑制二極管SY5656A(如圖4中D1、D2二極管所示),以將電壓箝位到預(yù)定水平,對電路中其它器件進(jìn)行保護(hù)。改進(jìn)后的試驗件順利通過了電源特性試驗。

最后進(jìn)行機(jī)上地面聯(lián)試。試驗分三種情況進(jìn)行:

1)機(jī)上給外掛投棄控制板供正常電源,進(jìn)行直升機(jī)左右內(nèi)、中、外掛點應(yīng)急投棄,外掛投棄控制板功能正常;

2)機(jī)上給外掛投棄控制板供應(yīng)急電源,進(jìn)行直升機(jī)左右內(nèi)、中、外掛點應(yīng)急投棄,外掛投棄控制板功能正常;

3)機(jī)上給外掛投棄控制板同時供正常、應(yīng)急電源,進(jìn)行直升機(jī)左右內(nèi)、中、外掛點應(yīng)急投棄,外掛投棄控制板功能正常。

故障現(xiàn)象消失,證明改進(jìn)措施有效。