旋翼轉(zhuǎn)速告警誤差較大問題的探討

劉勇

摘 要：旋翼是直升機核心動力部件，旋翼轉(zhuǎn)速可靠性直接關(guān)系直升機飛行安全和操作性能，某型直升機在試車檢查中，發(fā)現(xiàn)旋翼轉(zhuǎn)速告警實際數(shù)據(jù)與飛行手冊存較大誤差，若不及時探明原因，解決問題，將會嚴重威脅直升機飛行安全。基于此，本文針對某型直升機旋翼轉(zhuǎn)速告警誤差較大問題進行探討，對旋翼轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)組成和原理進行介紹，對誤差較大產(chǎn)生原因進行分析，針對問題根源提出具體修正方式。

關(guān)鍵詞：旋翼;轉(zhuǎn)速告警;誤差問題;旋翼轉(zhuǎn)速表

某型直升機在地面試車檢查時，發(fā)現(xiàn)運行一段時間后，“旋翼轉(zhuǎn)速燈”燃亮，并在綜合顯示器故障清單中出現(xiàn)“旋翼轉(zhuǎn)速高”告警故障，進行檢查時發(fā)現(xiàn)旋翼轉(zhuǎn)速告警實際數(shù)據(jù)明顯低于飛行手冊規(guī)定，存在較大誤差。該告警主要判斷依據(jù)為旋翼轉(zhuǎn)速告警指示燈燃亮時轉(zhuǎn)讀表的指示，故問題產(chǎn)生原因多產(chǎn)生于旋翼轉(zhuǎn)速測量指示系統(tǒng)或旋翼轉(zhuǎn)速信號系統(tǒng)，需要根據(jù)其組成和工作原理深入分析問題產(chǎn)生原因。

1 旋翼轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)組成及原理

旋翼轉(zhuǎn)速監(jiān)測系統(tǒng)包含旋翼轉(zhuǎn)速測量指示系統(tǒng)與旋翼轉(zhuǎn)速信號系統(tǒng)，主要用于監(jiān)控直升機旋翼轉(zhuǎn)速，并及時向飛行員提供轉(zhuǎn)速信息，直升機飛行手冊明確規(guī)定，當旋翼轉(zhuǎn)速達到92%時，與交流發(fā)電機開關(guān)接通，發(fā)電機開始發(fā)電輸出交流電壓，此時，機組可以通過調(diào)節(jié)發(fā)電機轉(zhuǎn)速改變旋翼轉(zhuǎn)速，從而完成各項系統(tǒng)工作。倘若旋翼轉(zhuǎn)速超限時或者失速時，會提示語音、燈管、顯示器告警信號（“旋翼轉(zhuǎn)速高”“旋翼轉(zhuǎn)速低”告警），在這其中旋翼轉(zhuǎn)速測量指示系統(tǒng)與旋翼轉(zhuǎn)速信號系統(tǒng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1]。

旋翼轉(zhuǎn)速測量指示系統(tǒng)主要組成為磁感應式旋翼轉(zhuǎn)速表，是利用同步電機原理和磁感應方法對轉(zhuǎn)速進行間接測量。轉(zhuǎn)速表主要包含傳感器和指示器，分別安裝在主減速器和儀表板上，其中，傳感器屬于三相交流發(fā)電機，能夠利用同步電機原理和傳動比關(guān)系將旋翼轉(zhuǎn)速傳遞給指示器測量部分，傳感器通過金屬盤、游絲等設(shè)備及相關(guān)原理在刻度盤上將旋翼轉(zhuǎn)速指示出來。該系統(tǒng)無需外接電源，發(fā)動機開車后傳感器會感受到主減速器振動，產(chǎn)生三相交流信號驅(qū)動指示器，繼而帶動指示器同步的電機，電機指示針指示出旋翼轉(zhuǎn)速[2]。

旋翼轉(zhuǎn)速信號系統(tǒng)由信號器、應急告警信號系統(tǒng)和告警信號指示燈組成，當直升機左儀表板上“旋翼轉(zhuǎn)速高”“旋翼轉(zhuǎn)速低”黃色告警信號燈燃亮時，說明旋翼轉(zhuǎn)速已達到極限。此時，部分直升機還會發(fā)生語言報警信號。在這其中，信號器能夠?qū)崟r監(jiān)測發(fā)電機匯流條的交流電信號，在具體工作時會利用脈沖周期比較法將輸入發(fā)電機交流電信號降壓為5V左右，隨后變換為與其周期相同的脈沖，繼而對發(fā)電機交流電信號頻率進行判斷[3]。

2 旋翼轉(zhuǎn)速告警誤差較大問題產(chǎn)生原因

2.1 直升機飛行手冊

根據(jù)某型直升機飛行手冊規(guī)定，可以根據(jù)旋翼轉(zhuǎn)速告警指示燈判斷旋翼轉(zhuǎn)速是否合格，當旋翼轉(zhuǎn)速為91%時，“旋翼轉(zhuǎn)速低”告警信號燈燃亮;當旋翼轉(zhuǎn)速為100%時，“旋翼轉(zhuǎn)速高”告警信號燈燃亮;當旋翼轉(zhuǎn)速為91%～100%時，“旋翼轉(zhuǎn)速高”告警信號燈燃亮;“旋翼轉(zhuǎn)速低”和“旋翼轉(zhuǎn)速高”告警指示燈滅。飛行員在飛行過程中，若告警指示燈亮，可查看旋翼轉(zhuǎn)速表檢查旋翼實際轉(zhuǎn)速，若超出規(guī)定范圍，可根據(jù)飛行狀態(tài)立即進行調(diào)整，將旋翼轉(zhuǎn)速控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

2.2 旋翼轉(zhuǎn)速信號器產(chǎn)品技術(shù)維護手冊

通過信號發(fā)生器模擬旋翼轉(zhuǎn)速磁傳感器的輸出信號，對信號器監(jiān)控告警技術(shù)性能進行測試。在內(nèi)場測試時，若轉(zhuǎn)速信號頻率>420±4Hz或<382±4Hz時，告警信號燈燃亮;在對直升機進行開車測試時，若轉(zhuǎn)速信號頻率>412～428Hz或<374～390Hz時，告警信號燈燃亮。

2.3 理論分析

根據(jù)某型直升機減速器傳動系統(tǒng)工作原理可知，當旋翼轉(zhuǎn)速為95%時，根據(jù)直升機減速器的傳動關(guān)系，圖3給出了旋翼轉(zhuǎn)速為95%時各部位的具體轉(zhuǎn)速值，由于都是通過齒輪傳動，由齒輪的齒數(shù)可知各部位間的傳動轉(zhuǎn)速關(guān)系也是精確對應的，由此可以作如下推導。旋翼轉(zhuǎn)速為95%時：

n旋翼=192rpm;n轉(zhuǎn)速傳感器=2375rpm;n發(fā)動機=8062rpm

由上文可知，旋翼轉(zhuǎn)速傳感器屬于三相交流發(fā)電機，能夠?qū)⒈粶y轉(zhuǎn)速變換為與轉(zhuǎn)速成正比的三相交流電，因此，當旋翼轉(zhuǎn)速為95%、磁極為2對時，傳感器輸出的交流電信號頻率約為79.17Hz;當旋翼轉(zhuǎn)速為1%時，對應傳感器信號頻率變化量為0.83Hz;考慮發(fā)電機內(nèi)含三對磁極，故當旋翼轉(zhuǎn)速為95%時，發(fā)電機輸出電壓信號頻率約為403.10Hz;當旋翼轉(zhuǎn)速為1%是，發(fā)電機輸出信號頻率為4.24Hz。綜合可知，在相同轉(zhuǎn)速下，旋翼轉(zhuǎn)速傳感器輸出信號頻率明顯低于旋翼轉(zhuǎn)速信號器采集發(fā)電機，對轉(zhuǎn)速測量的分辨率和精度也存在一定差距。

同時，根據(jù)發(fā)電機輸出電壓信號頻率可知其與旋翼轉(zhuǎn)速的關(guān)系：f_發(fā)電機÷3（磁極對）×60s/min=n_發(fā)電機;n_發(fā)電機÷（8062÷95%）=旋翼轉(zhuǎn)速（%），故旋翼轉(zhuǎn)速（%）=f_發(fā)電機×1900/8062（%）。根據(jù)這一關(guān)系可以計算出旋翼轉(zhuǎn)速信號器規(guī)定指標對應的旋翼轉(zhuǎn)速，與直升機飛行手冊和旋翼轉(zhuǎn)速信號器產(chǎn)品技術(shù)維護手冊規(guī)定參數(shù)進行比對，可知，兩種指標存在較大差距，在內(nèi)場修理時，一般取兩種指標中間值調(diào)整相關(guān)參數(shù)，因此，某型直升機旋翼轉(zhuǎn)速告警系統(tǒng)存在誤差較大問題。

3 結(jié)束語

總之，根據(jù)本文分析可知，旋翼轉(zhuǎn)速告警誤差較大問題產(chǎn)生原因主要為設(shè)計因素，為解決這一問題，需要綜合考量旋翼轉(zhuǎn)速信號器和轉(zhuǎn)速表性能和工作原理，科學調(diào)整告警指標，如將某型直升機旋翼轉(zhuǎn)速信號器指標調(diào)整為>424.3±2.0Hz或者<386.1±2.0Hz時，告警信號指示燈燃亮，經(jīng)實踐后，確定符合飛行手冊。

參考文獻：

[1]池騁， 陳仁良. 旋翼轉(zhuǎn)速變化對直升機需用功率、配平、振動及噪聲的影響分析[J]. 南京航空航天大學學報， 2018， 050（005）：629-639.

[2]陳敏. 直升機旋翼轉(zhuǎn)速信號系統(tǒng)阻抗匹配性技術(shù)研究[J]. 軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品， 2019.

[3]魏麟， 何利清， 林翔， et al. 某型直升機旋翼轉(zhuǎn)速指示器的研制[J]. 電子設(shè)計工程， 2019， 27（20）：50-54.