S—76C+型直升機(jī)總距位置傳感器故障分析

章瀟

摘 要：S-76C+直升機(jī)隨著機(jī)齡不斷老舊，經(jīng)常性出現(xiàn)與總距位置傳感器有關(guān)的故障。此類故障在排除過程中存在故障現(xiàn)象復(fù)雜、難以確定故障源等困難情況，作者結(jié)合以往排故經(jīng)驗(yàn)，以直升機(jī)系統(tǒng)原理為基礎(chǔ)分析了總距位置傳感器的工作原理及故障機(jī)理，為直升機(jī)維護(hù)人員準(zhǔn)確快速地排除此類故障提供了參考。

關(guān)鍵詞：直升機(jī) 位置傳感器 故障分析

北海第一救助飛行隊(duì)（以下簡稱：北一飛）所屬的S-76C+型直升機(jī)（注冊號(hào)：B-7312）在一次飛行訓(xùn)練中，飛行員反映直升機(jī)兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的N1指示一直在跳變，同時(shí)，在懸停過程中出現(xiàn)：N2轉(zhuǎn)速下降、旋翼轉(zhuǎn)速下降，發(fā)動(dòng)機(jī)OEI（單發(fā)運(yùn)行）警告，整個(gè)過程持續(xù)時(shí)間不超過1秒，隨后直升機(jī)一切參數(shù)正常。直升機(jī)返航后機(jī)務(wù)檢查直升機(jī)，未發(fā)現(xiàn)任何故障代碼出現(xiàn)。

故障分析

經(jīng)機(jī)務(wù)人員初步分析認(rèn)為，該故障現(xiàn)象與西科斯基公司（該型號(hào)直升機(jī)的制造廠家）于2007年發(fā)布了一份服務(wù)通告（編號(hào)：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(dòng)機(jī)控制組件）提供信號(hào)的總距位置傳感器故障而導(dǎo)致的。

該服務(wù)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(guān)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(jī)安全著陸。

西科斯基召集會(huì)議回顧了這兩次事件，認(rèn)為直升機(jī)出現(xiàn)OEI警告的情況是對(duì)總距位置傳感器故障進(jìn)行了正確響應(yīng)。即故障的總距位置傳感器輸出的信號(hào)被DECU 接受，DECU認(rèn)為直升機(jī)總距位置發(fā)生了變化（事實(shí)上該變化為假信號(hào)，總距桿位置實(shí)際未變化）。根據(jù)DECU設(shè)計(jì)的運(yùn)算控制程序，當(dāng)總距位置發(fā)生變化時(shí)，需要降低某個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出幾秒鐘進(jìn)行響應(yīng)。同時(shí)，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(jù)S-76C+/C++型直升機(jī)《維護(hù)手冊》的內(nèi)容，DECU對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)熄火探測及警告邏輯是由下述兩種情況觸發(fā)的：①當(dāng)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的N1 降到慢車范圍。②發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)入OEI狀態(tài)。而且，上述的第二種情況是一種重要的安全機(jī)制，DECU會(huì)立即探測到發(fā)動(dòng)機(jī)熄火的狀況并對(duì)工作正常的發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)建立OEI 限制，使直升機(jī)能夠通過一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的高功率運(yùn)行，保障安全著陸。

基于系統(tǒng)的多余度設(shè)計(jì)，正常情況下，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的DECU接受獨(dú)立的總距位置信號(hào)，對(duì)于一個(gè)總距給定的位置，兩個(gè)獨(dú)立信號(hào)也應(yīng)該是相同的數(shù)值。同時(shí)，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的DECU對(duì)各自輸入總距位置信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立的故障檢測。I故障檢測邏輯為：若DECU檢測到輸入的信號(hào)超出5%-95%范圍區(qū)間或信號(hào)出現(xiàn)過大的變化率（即超過290%/秒），DECU將判定輸入到其內(nèi)部的總距位置信號(hào)出現(xiàn)故障，繼而受影響的發(fā)動(dòng)機(jī)的DECU將會(huì)利用另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的DECU的總距位置信號(hào)，除出現(xiàn)DECU Minor Fault 指示外，對(duì)直升機(jī)的正常操縱沒有任何影響。

西科斯基認(rèn)為通告中所述的兩起故障都是由于一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)接收到了過低的總距位置信號(hào)，但信號(hào)并沒有超過故障檢測邏輯規(guī)定的變化范圍，因此，DECU認(rèn)為總距位置傳感器未出現(xiàn)故障，該過低的信號(hào)為有效信號(hào)。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)控制機(jī)理，總距輸入的變化會(huì)立即反映到功率輸出的變化上。當(dāng)DECU接受過低總距信號(hào)后，會(huì)控制對(duì)應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)短暫減少輸出功率，隨后，通過功率渦輪調(diào)節(jié)功能及載荷分配功能來補(bǔ)償過低的總距輸入，從而迅速地使該發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率回歸到與另一臺(tái)正常工作的發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配的狀態(tài)，但由于雙發(fā)N1 偏差超過了5.5%，從而導(dǎo)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(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)計(jì)，DECU 將反應(yīng)出功率分叉狀況，自動(dòng)建立30 秒OEI功率并宣布OEI狀況（出現(xiàn)OEI警告）。

技術(shù)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(nèi)部用來產(chǎn)生輸出信號(hào)的碳滑軌部分出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致本應(yīng)平順變化的電阻產(chǎn)生跳變，在直升機(jī)自身振動(dòng)的共同作用下引起輸出信號(hào)的跳變。

B-7312直升機(jī)發(fā)生故障時(shí)并未出現(xiàn)過任何代碼，只是N1指示在不停的跳動(dòng)，這就表明DECU接受了不正確的總距位置信號(hào)，繼而利用另一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的總距信號(hào)，又因?yàn)榭偩嘈盘?hào)的輸入會(huì)立即反應(yīng)到功率輸出，接受了過低總距信號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)短暫減少功率輸出所以導(dǎo)致了N2轉(zhuǎn)速下降，旋翼轉(zhuǎn)速下降，之后依靠功率渦輪調(diào)節(jié)功能及載荷分配功能補(bǔ)償不正確的總距輸入，快速的將該發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出回到與工作正常發(fā)動(dòng)機(jī)相匹配的狀態(tài)，但由于雙發(fā)N1 偏差超過5.5%，從而導(dǎo)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(jī)務(wù)人員在更換了B-7312的總距位置傳感器后，進(jìn)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(jīng)驗(yàn)，當(dāng)機(jī)務(wù)人員發(fā)現(xiàn)直升機(jī)出現(xiàn)N1跳動(dòng)、短時(shí)間OEI警告并未伴隨故障代碼出現(xiàn)時(shí)，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(jī)務(wù)維護(hù)人員，在對(duì)老舊直升機(jī)進(jìn)行維護(hù)過程中，應(yīng)當(dāng)尤其注重觀察、維護(hù)那些容易隨長時(shí)間振動(dòng)而老化、磨損但并非時(shí)控件的部件。

參考文獻(xiàn)：

[1].Sikorsky，服務(wù)信函， CCS-76-AOL-07-0005，2007。

[2].Sikorsky，S-76C+/C++ Maintenance Manual [M]，2013。

（作者單位：交通運(yùn)輸部北海第一救助飛行隊(duì)）