固定翼輕型運動飛機動力系統可靠性評估研究

王卉 孟想 佀慶民 付帥 張黎

摘? ?要：通過對固定翼輕型運動飛機動力系統進行故障模式及影響分析，得出了固定翼輕型運動飛機的故障模式以及故障原因，并分析故障導致的后果和影響以及嚴酷度等級，并針對故障模式提出了改進措施，為提高固定翼輕型運動飛機動力系統的可靠性提供依據，對通航飛機產品安全評估具有較大理論與實踐價值。

關鍵詞：固定翼輕型飛機? 故障類型及影響分析? 故障樹分析? 關鍵部位

中圖分類號：V271? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）06（c）-0002-02

1? 引言

固定翼輕型運動飛機是由動力裝置產生推力，指起飛重量不超過600kg（水上起降不超過650kg）的單座或雙座輕型飛機。其機體結構主要包括機身、機翼、尾翼、起落架等部件。目前，固定翼輕型運動飛機市場越來越大，產品層出不窮，其質量較輕、尺寸較小、載人較少，發展迅猛[1-2]。但是，在其蓬勃發展的同時，事故率也較高，例如2019年6月俄羅斯一輕型飛機發生墜毀事故，導致1人致死，1人重傷;10月墨西哥西部發生一起輕型飛機墜毀事故，造成5人死亡。

2? 飛機動力系統可靠性評估方法

對輕型運動飛機動力系統的可靠性評估是衡量電源系統可靠性是否達到預期設計目標和促進可靠性增長的重要途徑，一般可采用FMECA（故障類型及影響和危險度分析）來定性定量評估飛機動力系統可靠度。運用FMECA從而確定系統易出故障的薄弱環節和關鍵部分，有助于輕型運動飛機可靠性研究的體系化[3-4]。

3? 固定翼輕型運動飛機可靠性評估應用

3.1 FMECA分析

固定翼輕型運動飛機動力結構包括電動機、繼電器、鋰電池、螺旋槳[5]。進行FMECA分析時，先進行FMEA分析，用歸納分析法對系統進行定性分析。

另外，根據CA分析對嚴酷度等級Ⅰ、Ⅱ級進行重點C分析。

3.2 評估結果分析

由表1可知，輕型運動飛機動力系統中電動機線路外皮老化或磨損造成的繞組短路和單項斷路造成的缺項運行以及繼電器線路外皮老化或磨損造成線圈短路的嚴酷度等級最高。

表2對該動力系統各部件嚴酷度等級為Ⅰ、Ⅱ級進行重點分析。由評點法進行分析，Ci取值參照“求和評點”Ci取值劃分表。對于電動機線路外皮老化或磨損造成的繞組短路，可能會使電動機停止工作，并使其自身功能喪失，最終危機飛機安全，可通過萬用表測量阻值進行故障檢測，增加線路外皮強度，定期檢查更換來防止故障，由Cr=∑inCmi得Cmi=2.2809，所以其故障等級為Ⅰ級。

同理，在電動機中，繞組短路及缺項運行的Cmi相加為2.5977，產品危害度為Ⅰ級，轉子導體斷條的Cmi為0.1901，產品危害度為Ⅱ級;在繼電器中，線圈短路的Cmi為4.9369，產品危害度為Ⅰ級，通電后觸點不吸合及斷電后觸點不釋放的Cmi為0.2984，產品危害度為Ⅱ級;在鋰電池中，鋰電池的過充、過熱、漏電的Cmi為1.515，產品危害度為Ⅱ級。

可見，動力系統任一部件發生故障都可能影響任務完成度，更嚴重的甚至會影響飛機的安全情況。

4? 結論

本文對近年來通航飛機進行數據統計并對電動固定翼輕型運動飛機運用FMECA進行定性定量分析，可得出以下結論：

（1）通航發展迅猛，但事故率高，且與飛機可靠性關系密切。

（2）根據FMEA分析了固定翼電動輕型運動飛機的故障模式以及故障原因，并分析計算了故障導致的后果及嚴酷度等級。

（3）根據FMECA分析可知，影響固定翼輕型電動飛機動力系統的關鍵部件是繼電器，最主要原因是線圈短路。其次部件是電動機。

針對上述分析結果提出了相關補償措施，對通航飛機產品安全評估具有科學理論研究價值。

參考文獻

[1] 黃俊，楊鳳田.新能源電動飛機發展與挑戰[J].航空學報，2016，37（1）：57-68.

[2] 汪培佩，朱君.輕型運動飛機在航空植保作業方面的應用研究[J].黑龍江科技信息，2017（13）：36.

[3] 金鐳，苗延青，胡濤.國內輕型運動飛機（固定翼）適航取證分析研究[J].航空標準化與質量，2016（6）：28-31.

[4] 朱君，杜穎慧，黃彥，等.淺談初級類及輕型運動飛機適航管理[J].航空標準化與質量，2016（1）：35-41.

[5] 張龍，金鐳.構建固定翼輕型運動飛機質量控制系統的思考[J].航空標準化與質量，2017（3）：32-35.

[6] 楊中書.基于故障危害度的飛機電源系統可靠性評估[J].通信電源技術，2016，33（1）：12-14，17.