基于故障樹分析的直升機助力器卡滯故障診斷

王慧明，張嚴林，許茹悅

(昌河飛機工業(yè)集團有限責任公司，江西 景德鎮(zhèn) 333000)

直升機操縱系統(tǒng)是通過駕駛員進行操縱，使座艙操縱裝置(駕駛桿、總距桿、腳蹬)經(jīng)液壓助力器傳遞到主、尾槳葉，實現(xiàn)直升機的姿態(tài)和狀態(tài)控制，液壓助力器使駕駛員可以準確而不費力地操縱直升機。在日常組織飛行中，經(jīng)常出現(xiàn)“助力器卡滯”的故障，對飛行安全影響較大，排故周期往往較長。本文以“助力器卡滯”故障為研究對象，運用故障樹分析方法并結(jié)合工程實際經(jīng)驗進行推理，對故障原因進行快速定位，提高了直升機“助力器卡滯”的故障診斷效率和水平[1]。

1 操縱系統(tǒng)組成

直升機操縱系統(tǒng)包括主槳操縱系統(tǒng)和尾槳操縱系統(tǒng)，主要由主尾槳葉、自動傾斜器、尾槳操縱機構(gòu)、總距桿、周期桿、腳蹬、舵機、助力器等組成，其原理圖如圖1所示[2]。助力器包括3臺主槳助力器和1臺航向助力器，主槳助力器安裝在主減機匣上，其輸出直接驅(qū)動自動傾斜器；航向助力器與尾減端面對接，活塞桿驅(qū)動尾槳操縱機構(gòu)做直線往復運動。

主、尾槳助力器的分油裝置為柱式轉(zhuǎn)閥，由主分配閥和輔助分配閥組成，當任何一個主分配閥卡滯時，輔助分配閥能繼續(xù)工作，這時主警告燈和“助力器卡滯”燈燈亮，警告駕駛?cè)舜藭r助力器主分配閥已卡滯，這時駕駛?cè)丝梢栽诰C合顯示器上查詢到助力器卡滯的故障信息[3]。

2 助力器卡滯故障原理分析和模型構(gòu)建

故障樹分析法(Fault Tree Analysis)具有層次性強、因果關(guān)系明確等特點，結(jié)合告警系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)的原理和維修診斷經(jīng)驗構(gòu)建故障樹，明確直觀地反映出診斷系統(tǒng)內(nèi)部的邏輯關(guān)系。本文對直升機的“助力器卡滯”故障進行分析，并選取這一故障作為頂事件，找出系統(tǒng)中頂事件發(fā)生的所有直接和間接原因作為第二級事件，然后根據(jù)演繹分析法，再找出造成第二級事件發(fā)生的原因，這樣逐級查找下去，直至追查到頂事件發(fā)生的根本原因(底事件)[4-5]。

根據(jù)分析，此故障頂事件的發(fā)生從產(chǎn)生原因看可能主要由三個原因引起：告警系統(tǒng)故障、液壓系統(tǒng)故障、操縱系統(tǒng)故障。三者只要出現(xiàn)其一，就會導致助力器卡滯報故。

依據(jù)故障樹構(gòu)建原理，用“或門”將它們與頂事件相關(guān)聯(lián)。按照此分析方法，可能導致助力器卡滯的各系統(tǒng)故障建立故障樹如下[6-7]。

2.1 告警系統(tǒng)故障

助力器卡滯告警系統(tǒng)電路原理如圖2所示。

信號燈盒內(nèi)部供電，經(jīng)轉(zhuǎn)接模塊、助力器卡滯繼電器接地，形成回路，助力器卡滯燈常亮；NAMP計算機給出高電平，經(jīng)右繼電器盒、助力器卡滯繼電器接地，形成回路，綜顯報助力器卡滯。

根據(jù)上述原理，建立初步告警系統(tǒng)故障樹如圖3所示。

2.2 液壓系統(tǒng)故障

液壓系統(tǒng)故障有如下2類。

1)液壓壓力低：液壓系統(tǒng)壓力達不到系統(tǒng)所需壓力時，助力器微動開關(guān)一直處于“工作”位，導致助力器報故。

2)尾助切斷：右液壓系統(tǒng)的油箱上裝有低油面開關(guān)，液壓低油面低報故時，主警告燈閃亮，MFD顯示右液壓油面低；同時接通尾助切斷電磁閥，切斷右液壓系統(tǒng)向尾助力器的供油，助力器卡滯報故[8]。

建立液壓系統(tǒng)故障樹如圖4所示。

2.3 操縱系統(tǒng)故障

每個主槳助力器作動筒包括一個能探測輔助分配閥位置的微動開關(guān)，接通微動開關(guān)，輔助分配閥工作，助力器卡滯報警。助力器卡滯控制電路原理如下。

1)給液壓系統(tǒng)供壓前(見圖5)：給液壓系統(tǒng)供壓之前，全部微動開關(guān)處于“工作”位置，斷開控制繼電器2的電路，而2的觸點是在常閉位置上，助力器卡滯警告燈亮。

2)給液壓系統(tǒng)供壓之前的檢查(見圖6)：按壓“助力器測試”按鈕，通過所有串聯(lián)微動開關(guān)“工作”觸點，使繼電器2電路被接通。如果檢測電路正常工作，則助力器卡滯警告燈熄滅；如果助力器卡滯警告燈不熄滅，則線路故障。

3)供壓后的正常工作(見圖7)：所有微動開關(guān)都處于常閉位置，控制電路接通，則助力器卡滯警告燈不亮。

4)主分配閥卡滯(見圖8)：如果出現(xiàn)一個伺服閥卡住，相應的微動開關(guān)處于“工作”位置，控制電路斷開，助力器卡滯告警燈亮。

由上述原理圖可知，任一助力器故障或者線路故障時均會導致報故。

建立操縱系統(tǒng)的故障樹如圖9所示。

根據(jù)上述分析，可以繪制出“助力器卡滯”故障樹圖(見圖10)，故障樹對應的事件列表見表1。

表1 故障樹對應的事件列表

故障樹分析的目的是找出系統(tǒng)的全部最小割集。割集是能使頂事件發(fā)生的一些底事件的集合。最小割集是指屬于它的底事件都發(fā)生，就能使頂事件發(fā)生的必要底事件集合。用下行法計算本文的最小割集為：

T=A1∪A2∪A3=X1+X2+X3+X4+

X5+X6+X7+X8+X9+X10+X11+

X12+X13+X14+X15

本故障樹的最小割集為15個基本事件，其中任何一個發(fā)生都會導致“助力器卡滯”故障的發(fā)生。

3 故障診斷

按照排故從易到難的原則，參考故障樹，畫出排故流程圖(見圖11)[9]，一一排除，最終定位故障原因。

首先應目視檢查液壓系統(tǒng)有無滲漏，液壓系統(tǒng)壓力是否正常，液壓油箱油面低是否報故，確認最基礎(chǔ)的事實后，按如下順序進行故障定位，否則先處理上述問題。

1)告警系統(tǒng)。

地面通電，系統(tǒng)不供壓，按壓助力器測試按鈕，助力器卡滯燈應滅，否則可能是線路故障，通過短接左前、左后、尾助的2、3號點，右前助力器的1、3號點，再次按壓助力器測試按鈕，如果仍不熄滅，可能是告警系統(tǒng)故障，如信號燈盒、繼電器或某段線路，需一一定位；如果熄滅，則可能是助力器的微動開關(guān)故障，應后續(xù)供壓進一步排查。

2)液壓系統(tǒng)。

右系統(tǒng)供壓情況下，按壓尾助切斷試驗后，腳蹬無法蹬動，松開后，腳蹬可以蹬動，則正常，如果按壓后不能蹬動，松開后依然無法蹬動，則尾助切斷電磁閥故障或者尾助切斷開關(guān)故障。

3)操縱系統(tǒng)。

左、右供壓情況下，往復操縱腳蹬、駕駛桿及總距桿，“助力器卡滯”警告燈如果閃爍，則至少1臺助力器卡滯，短接左前、左后、尾助的1、4點，右前的2、4號點，助力器卡滯燈應熄滅；如果不熄滅，則是助力器卡滯控制線路故障。

按上述短接3個插頭，留1個插頭與機上連接，往復操縱腳蹬、駕駛桿及總距桿，如果助力器卡滯燈不滅，則此助力器是完好的，依次排除剩下的助力器。

如果助力器卡滯燈滅，則此助力器故障，短接此助力器，再行排除剩下的3個助力器。

尤其要注意可能有2個及以上助力器故障，排除出1個助力器故障后，應繼續(xù)排查剩余的助力器是否完好。

4 案例分析

示例：某架機某日飛行，非航電故障清單報“助力器卡滯”故障，同時故障燈盒“助力器卡滯”燈亮。

1)液壓系統(tǒng)壓力正常，無滲漏，低油面未報故，地面助力器卡滯測試正常。

2)地面供壓，故障常在，短接左前、左后、尾助力器1、4針腳和右前助力器2、4針腳，故障消失，依次插上4個助力器插頭，當插上左前和右前助力器插頭時，故障出現(xiàn)，故判斷為左前和右前助力器同時故障，更換后，地面供壓通電檢查正常。

5 優(yōu)化改進

經(jīng)統(tǒng)計分析，“助力器卡滯”報故的原因主要是助力器成品故障，經(jīng)返廠檢查，造成成品問題的原因主要有2個：1)助力器微動開關(guān)批次性問題；2)助力器主副旋轉(zhuǎn)閥裝配容差問題。針對上述問題，后續(xù)廠家已對微動開關(guān)元器件進行更改，對裝配方法進行優(yōu)化，故障頻次明顯減少。

6 結(jié)語

助力器卡滯故障對飛行安全影響較大，但在實際診斷過程中面臨許多問題，系統(tǒng)交聯(lián)較多，診斷設(shè)備導致場地受限等，往往會使工程技術(shù)人員束手無策。本文采用基于故障樹的故障樹故障診斷方法，總結(jié)出了助力器卡滯類故障最優(yōu)的診斷步驟，最大限度地減少了測量、試驗次數(shù)，并降低了對維修人員知識結(jié)構(gòu)的要求，提高了故障診斷的效率和實用性。這種助力器卡滯故障診斷方法在實際應用中具有很好的推廣價值。