浅谈直升机故障分析与管理分析

赵祥1赵扬森2杨华杰3

关键词：直升机；故障；管理

引言

直升机作为控制对象与固定翼飞机相比有更复杂的动力学特性，除了考虑机体的六自由度运动之外，还必须考虑旋翼及尾桨相对于机身的旋转，以及桨叶相对于挥舞铰链的运动。这些决定了直升机具有较差的稳定性与操纵性。早期的直升机由于执行任务比较简单，性能要求也比较低，直升机不稳定运动模态的发散周期比较长，驾驶员可以对这种不稳定的发散模态进行不断的人工修正。随着直升机性能不断提高，以及执行的任务越来越复杂，尤其是武装直升机，不仅要执行反潜、对地攻击、对空射击等任务，而且要完成超低空贴地飞行，进行地形跟随与地形回避机动，抵御阵风扰动等操纵，再加上直升机固有的不稳定性，仅仅依靠人工操纵已十分困难。因此，与定翼机相比，直升机更需要增稳系统、控制增稳系统或自动飞行控制系统。

1概述

在直升机型号设计中，为了确保系统功能的可靠性和安全性，对一些关键和重要的系统都采用了余度或冗余的设计技术。而导致余度或冗余系统或装置无法正常工作的故障/失效称之为共模故障（CommonModeFailureCMF）。这种共模故障也会导致关键和重要功能丧失造成安全性事件。因此，从直升机安全性的完整性来考虑，除了分析系统中的独立故障之外，还应分析包括共模故障、特殊风险在内的共因故障对直升机安全性的影响，并采取相应措施消除这种共模故障状态，或将其控制在可接受的范围。20世纪90年代美国提出ARP4761《民用机载系统和设备安全性评估过程的指南和方法》文件中给出了共模故障分析的相应要求，无疑这将使以往设计中对共模故障不自主或无意识的分析研究转化为基于ARP4761的程序方法，实现对共模故障有条不紊的系统全面分析研究，从而避免了因缺乏相应要求方法，为提高安全性而必须采取的设计方法和改进措施的盲目性。同时也须指出，尽管ARP4761给出了这种共模故障相应的分析方法、实施程序及共模分析实例，但从总体上看，它是偏于概念及实施原则等顶层要求和内容的阐述，在实际应用中难以具体实施和操作。

2直升机常见的故障及原因分析

2.1机身震动较大

直升机的整个自身在航行过程中会出现较大幅度的震动，这是由于直升机这种飞行器本身的内部构造非常复杂，在垂直起飞的过程中螺旋桨开始高速旋转，其转速是急剧变化的，会出现快慢交替的情况，而且目前一些直升机的桨叶自身质量存在问题，其自重差异以及材质问题就会使得上述的问题更为严重化，机身在上升过程中就会出现较为剧烈的震动。

2.2飞机时快时慢

直升机在飞行过程中会受到很多阻力问题，比如自身结构部件运转时出现的摩擦阻力，外界空气给前行的直升机带来的阻力，这就使得整个机身会受到很多不同的阻力，而且随着飞行速度的提升会逐渐增大，因此就会产生飞行速度时而迅速、时而变慢。

2.3飞机倒飞有双桨

直升机飞的过程中，受到空气的阻力，在加上机身工作部件之间的摩擦，会使得机身之间的受力情况变大，平衡翼与双桨就会磨损掉，使得各部件之间的间隙变大，间隙变大了就会使得直升机倒飞的过程中，平衡翼之间与排除桨之间的工作不平衡。

3加强直升机管理的措施

3.1排除方法

该故障采用的排故方法是原理分析法：根据自驾仪控制规律分析，直升机因缺少纵向阻尼产生振荡现象。而增大纵向阻尼的方法是加入一阶微分环节，即是加入俯仰角速度反馈信号作为辅助控制。通过检查，存在角速度反馈信号，故推断故障原因为速度信号产生阻尼较小，进一步检查，发现该故障原因为自驾仪纵向速率放大器不工作。

3.2加大科技创新

随着经济的快速发展，科学技术是第一生产力，大力发展科技，不断创新科技是直升机行业发展的技术依据。直升机的故障分析与维修是为了确保直升机能够正常的使用，减少机身的故障。加大科技的创新，突破常规直升机设计技术，研制适应未来对大速度、高机动性以及大航程的要求，满足现代化经济快速发展的需要。

3.3排除方法

一般在外场采用最多的排故方法为换件法，该方法简单、直观、快速。而故障分析原因中有自驾计算机故障，因此可采用换件法更换计算机进行进一步的判断。当然，如果确认为自驾计算机故障，还可以进行进一步的理论分析，通电检查更换相关插件板来进一步确认故障位置，以降低维修成本。

3.4俯仰和倾斜通道的自动配平

自动配平的目的是，在不危及直升机飞行安全的前提下增大自动驾驶仪的工作范围。其具体作用是用与姿态信号成比例的脉冲信号来改变驾驶杆的停留点。当俯仰、倾斜通道处于稳定工作状态时，伺服放大器的交流输出加到配平控制器上，该控制器按所加电压的极性送到抬头配平阀或低头配平阀的脉冲信号的宽度与俯仰信号成比例。配平阀缓慢地改变驾驶杆的停留点，当驾驶员需要操纵直升机时，可以轻松地克服驾驶杆的这种缓慢移动。在伺服放大器的交流输出电压低于配平控制器的工作门限时，配平阀不工作。

3.5要做好故障分析记录工作

直升机出现故障的时候，在对飞机进行故障分析的时候一定要做好记录工作，为飞机维修的时候节省时间和精力，在维修完后，要定期的对直升机进行检修保养工作。通过对飞机故障进行记录来对比直升机运作的状况，从而寻找出更有效的方法对飞机进行维护。

3.6俯仰和倾斜通道的飞行操纵

在稳定工作状态时，驾驶员能随时修正自动驾驶仪的基准姿态，或通过自动驾驶仪进行常规飞行。俯仰和倾斜通道的飞行操纵具有如下四种功能：①驾驶杆操纵；②电配平操纵；③驾驶杆卸荷操纵；④电配平与驾驶杆共同操纵；⑤偏航通道的飞行操纵。偏航通道接通时，驾驶员能随时蹬动脚蹬或使用操纵台上的“航向微调”拨轮或接通“转弯”功能并压杆4.5°以上进行协调转弯来改变航向基准；⑥气压高度稳定。直升机前飞时，若接通气压高度通道，则在接通后的两秒种可将直升机的高度保持在接通高度功能瞬间的基准上。当若改变高度基准时，驾驶员可以利用总距杆上的“气压”高度断开按钮。按压该按钮时，由操纵台输往高度差传感器的电磁离合器的27V电压被切除，摩擦盘与衔铁脱开，从传感器来的信号便不再送往计算机的高度通道。此时，驾驶可以推动总距杆来调整直升机的高度。当驾驶员松开该按钮时，气压高度通道在新的气压高度基准上接通，于是直升机的高度就稳定在新的气压高度基准上。

结语

直升机的维修和维护管理工作尤为重要，是确保直升机航行安全的基础保障，容不得半点马虎，一旦出现安全隐患和严重的故障问题，那么就很可能酿成机毁人亡的惨剧。因此应加大直升机的故障分析和处理能力，主要针对问题的原因来分析当前维护管理工作中存在哪些缺陷以及不足之处，从而制定合理的管控策略，形成一套高效、科学的维护检修管理机制，为直升机的正常运转提供坚实的保障。

参考文献：

[1]葛哲学，杨拥民，胡政，等.基于知识的直升机自动驾驶仪故障融合诊断策略[J].中国机械工程，2011，06（04）：25-26.

[2]孙颖洁，黄智刚，张学军.基于P-W算法的直升机故障诊断方法[J].航空维修与工程，2011，11（03）：112-113.