Z-9直升機應急漂浮系統自動觸發應用研究

宋志民

（航空工業集團哈飛，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 Z-9直升機應急漂浮系統現狀

1.1 應急漂浮系統組成

Z-9直升機的應急漂浮系統包括永久性浮筒和充氣式應急浮筒2部分。永久性浮筒是指油箱艙和尾梁艙，充氣式應急浮筒具有2種狀態，分別是2浮筒狀態和4浮筒狀態。2浮筒狀態包括2個安裝在直升機前部的前浮筒和1個安裝在主起落架艙后部的氣瓶組件，采用1個氣瓶向2個前浮筒供氣的工作模式；4浮筒狀態包括2個安裝在直升機前部的前浮筒、2個安裝在直升機后部的后浮筒和2個分別安裝在左、右主起落架艙后部的氣瓶組件，采用每個氣瓶向直升機一側的前、后浮筒供氣的工作模式。

1.2 控制系統工作原理

目前，Z-9直升機的應急漂浮系統只能采用手動觸發一種工作模式。它的主要觸發部件包括安裝在儀表板上的控制盒和安裝在正、副駕駛員總矩桿上的觸發開關。控制盒有3種功能，它既是浮筒系統的準備開關，還具有浮筒觸發線路的檢測功能和浮筒觸發功能。

在直升機即將進入水上飛行或準備進入水上飛行狀態時，飛行員首先將控制盒上的準備開關置于“激活”位置，出現水上應急迫降的情況時，按壓正、副駕駛員總矩桿或控制盒上的任何一個觸發開關均可使浮筒充氣。

2 浸水自動觸發傳感器

2.1 浮力式傳感器

浮力式傳感器是應用最早的觸發傳感器，它利用浮力原理實現對直升機落水與非落水狀態的檢測。傳感器主要由殼體、浮力體、彈簧、簧片開關和永磁體等部件組成。當浸水傳感器入水后，浮力體浮起，在永磁體的作用下使簧片開關接通，產生入水觸發信號。

浮力式傳感器技術比較成熟，但一般體形較大、重量較重，觸發反應靈敏度和可靠性不夠高。為了提高浮力式傳感器自動觸發的可靠性，一架直升機要在不同位置安裝多個傳感器，以實現觸發系統的冗余控制。

2.2 光敏式傳感器

光敏式傳感器利用的是普通民用的光電液位檢測器的檢測原理，實現對直升機落水與非落水狀態的檢測功能。光敏式傳感器一般由外殼、入水孔、信號處理部件、光敏檢測部件組成。

該型傳感器利用了光在不同介質截面的折射與反射原理進行檢測。傳感器頂部安裝了一個特殊的內部放置有檢測光線發生器和光電接收器的透明光學探頭，它是傳感器的關鍵部件。當探頭浸沒在水中時，光學探頭發出的檢測光線在探頭與液體界面上發生折射和反射作用，一部分光在二次折射過程中進入水中，另一部分光經過2種介質界面經二次反射后返回傳感器的光電接收器；當探頭離開水，處于空氣中時，由于光電探頭的特殊結構和材料設計，傳感器發出的檢測光線在探頭與空氣界面上發生全反射，光線幾乎全部返回光電接收器。

2.3 熱敏式傳感器

熱敏式傳感器是根據熱電偶在不同介質中發熱強度不同的原理來進行檢測的。熱敏式傳感器的測量元件是由2個相同的熱電偶構成的，其中一個熱電偶通電后始終處于自發熱狀態，另一個熱電偶則用于測量環境溫度。

當自發熱熱電偶浸入水中時，它的自發熱會比它在空氣中的自發熱要弱，自發熱的強弱會產生一個相應的檢測電壓變化。由于自發熱的強弱與環境溫度有關，所以自發熱熱電偶電壓狀態的變化值要通過另一個熱電偶測量到的環境溫度信息進行修正，并與電壓差的設定值進行比較，一旦超出設定的極限值，就說明傳感器已經浸入水中，就會通過傳感器控制盒發出信號觸發氣瓶充氣閥。

2.4 電容式傳感器

電容式傳感器是根據不同介質的電容特性不同的原理進行檢測的。它通過探測介質的電容特性分辨是否有介質存在。電容是在傳感器和所處介質之間形成的，當電容傳感器探頭浸入液體時，電容會產生變化，將電容的變化值進行轉換并輸出通斷信號即可實現入水檢測判斷。

3 自動觸發關鍵技術

3.1 了解自動觸發技術

自動觸發技術主要涉及控制邏輯、傳感器類型的選擇、傳感器安裝位置的選取等方面的關鍵技術。1） 控制邏輯。要研究自動觸發與手動觸發以及準備開關之間的邏輯關系。2）傳感器的選擇。要針對不同傳感器的技術特點和直升機構型的特點，選擇合適的傳感器類型。3）傳感器安裝位置。要針對水上迫降的特點、直升機構型情況和傳感器觸發原理等方面的內容，選擇相對合理的位置進行安裝。

3.2 傳感器的選擇

不同類型的傳感器有不同特點，應用程度也不同，4種類型傳感器的對比見表1。

表1 傳感器對比表

通過對比不同傳感器的特點，考慮到浮力式傳感器的重量和體積較大、技術較為落后，電容式傳感器應用效果有不確定因素需要驗證等問題，推薦在Z-9系列直升機上應用光敏式傳感器或熱敏式傳感器。

3.3 傳感器的安裝位置

傳感器安裝位置直接決定了自動觸發的使用效果，位置如果不合理會導致自動觸發功能不工作、工作延遲或誤觸發等問題。傳感器安裝位置一般應符合以下要求：安裝位置周圍空間開敞，水的浸入不受任何阻擋；安裝位置應保證在直升機落水時傳感器較早地接觸水面，以便第一時間發出觸發信號；安裝位置的周圍不應存在任何可能導致積水的結構；安裝位置不能處于杯狀空間內，避免落水瞬間形成空氣空腔。針對Z-9系列直升機的構型特點，結合傳感器安裝位置選擇要求，Z-9直升機上的最佳安裝位置為主起落架艙內，這個位置空間開敞，可以保證第一時間觸發。

4 自動觸發控制邏輯

根據直升機應急漂浮系統的使用特點，由于直升機飛行過程中只有準備或即將執行水上飛行任務時，才需要應急漂浮系統處于隨時可以觸發的狀態，其他飛行任務不需要使應急漂浮系統處于該狀態，所以為了防止浮筒自動觸發的誤操作，自動觸發控制也應該受到控制盒上的準備開關的限制。自動觸發控制和原有的由正駕駛總矩桿充氣按鈕、副駕駛總矩桿充氣按鈕和控制盒充氣按鈕組成的手動觸發控制是并列關系，任何一路觸發信號啟動都可以使氣瓶打開，觸發浮筒充氣功能。

應急漂浮系統的準備開關位于控制盒上，只有將準備開關置于“激活”位置時，自動觸發和手動觸發的功能才能實現。自動觸發傳感器一旦檢測到直升機入水的信息，就會將信號傳遞給傳感器的控制盒，控制盒將輸入信號進行檢測、判斷、放大等處理后，將觸發電源信號傳輸到氣瓶的充氣閥，使氣瓶充氣閥打開，觸發浮筒充氣功能。

5 結語

近些年來，國內外正在研制和已經交付的多個機型中均在應急漂浮系統中引入了自動觸發的功能，該功能的引入不僅補充了一種直升機應急漂浮系統的操作手段，提高了應急浮筒的觸發可靠性，也提高了直升機水上飛行的安全性能，必將成為直升機應急漂浮系統的標準配置。但是，自動觸發作為一項較新的課題，還有許多方面需要我們繼續研究。