S—76C+型直升機總距位置傳感器故障分析

章瀟

摘 要：S-76C+直升機隨著機齡不斷老舊，經常性出現與總距位置傳感器有關的故障。此類故障在排除過程中存在故障現象復雜、難以確定故障源等困難情況，作者結合以往排故經驗，以直升機系統(tǒng)原理為基礎分析了總距位置傳感器的工作原理及故障機理，為直升機維護人員準確快速地排除此類故障提供了參考。

關鍵詞：直升機 位置傳感器 故障分析

北海第一救助飛行隊（以下簡稱：北一飛）所屬的S-76C+型直升機（注冊號：B-7312）在一次飛行訓練中，飛行員反映直升機兩臺發(fā)動機的N1指示一直在跳變，同時，在懸停過程中出現：N2轉速下降、旋翼轉速下降，發(fā)動機OEI（單發(fā)運行）警告，整個過程持續(xù)時間不超過1秒，隨后直升機一切參數正常。直升機返航后機務檢查直升機，未發(fā)現任何故障代碼出現。

故障分析

經機務人員初步分析認為，該故障現象與西科斯基公司（該型號直升機的制造廠家）于2007年發(fā)布了一份服務通告（編號：CCS-76-AOL-07-0005）所描述的現象類似，很有可能是為DECU（數字式發(fā)動機控制組件）提供信號的總距位置傳感器故障而導致的。

該服務通告指出，西科斯基從客戶反饋中發(fā)現了兩起與總距位置傳感器有關的故障。這兩起故障均出現了OEI 警告，飛行員按照《飛行手冊》中規(guī)定的OEI處置程序正確處置，直升機安全著陸。

西科斯基召集會議回顧了這兩次事件，認為直升機出現OEI警告的情況是對總距位置傳感器故障進行了正確響應。即故障的總距位置傳感器輸出的信號被DECU 接受，DECU認為直升機總距位置發(fā)生了變化（事實上該變化為假信號，總距桿位置實際未變化）。根據DECU設計的運算控制程序，當總距位置發(fā)生變化時，需要降低某個發(fā)動機功率輸出幾秒鐘進行響應。同時，其中一起在發(fā)生故障前的幾班飛行中，曾出現過DECU Minor Fault（IIDS 顯示器上顯示“COLL POSITN FAULT”，即總距位置故障）。綜上所述，西科斯基建議只要DECU 出現過總距位置傳感器故障警告就需要更換總距位置傳感器。

根據S-76C+/C++型直升機《維護手冊》的內容，DECU對于發(fā)動機熄火探測及警告邏輯是由下述兩種情況觸發(fā)的：①當一臺發(fā)動機的N1 降到慢車范圍。②發(fā)動機處于N1 匹配工作的情況下，雙發(fā)的N1 分叉超過5.5%。若發(fā)生上述兩種情況，DECU將進入OEI狀態(tài)。而且，上述的第二種情況是一種重要的安全機制，DECU會立即探測到發(fā)動機熄火的狀況并對工作正常的發(fā)動機自動建立OEI 限制，使直升機能夠通過一臺發(fā)動機的高功率運行，保障安全著陸。

基于系統(tǒng)的多余度設計，正常情況下，每臺發(fā)動機的DECU接受獨立的總距位置信號，對于一個總距給定的位置，兩個獨立信號也應該是相同的數值。同時，每臺發(fā)動機的DECU對各自輸入總距位置信號進行獨立的故障檢測。I故障檢測邏輯為：若DECU檢測到輸入的信號超出5%-95%范圍區(qū)間或信號出現過大的變化率（即超過290%/秒），DECU將判定輸入到其內部的總距位置信號出現故障，繼而受影響的發(fā)動機的DECU將會利用另一臺發(fā)動機的DECU的總距位置信號，除出現DECU Minor Fault 指示外，對直升機的正常操縱沒有任何影響。

西科斯基認為通告中所述的兩起故障都是由于一臺發(fā)動機接收到了過低的總距位置信號，但信號并沒有超過故障檢測邏輯規(guī)定的變化范圍，因此，DECU認為總距位置傳感器未出現故障，該過低的信號為有效信號。根據發(fā)動機控制機理，總距輸入的變化會立即反映到功率輸出的變化上。當DECU接受過低總距信號后，會控制對應的發(fā)動機短暫減少輸出功率，隨后，通過功率渦輪調節(jié)功能及載荷分配功能來補償過低的總距輸入，從而迅速地使該發(fā)動機的輸出功率回歸到與另一臺正常工作的發(fā)動機相匹配的狀態(tài)，但由于雙發(fā)N1 偏差超過了5.5%，從而導致了幾秒鐘的OEI 狀態(tài)。

特別需要注意的是，此種狀態(tài)只是短暫失去一臺發(fā)動機的功率數據，根據設計，DECU 將反應出功率分叉狀況，自動建立30 秒OEI功率并宣布OEI狀況（出現OEI警告）。

技術人員檢查故障的總距位置傳感器后發(fā)現，故障原因是傳感器內部用來產生輸出信號的碳滑軌部分出現磨損，導致本應平順變化的電阻產生跳變，在直升機自身振動的共同作用下引起輸出信號的跳變。

B-7312直升機發(fā)生故障時并未出現過任何代碼，只是N1指示在不停的跳動，這就表明DECU接受了不正確的總距位置信號，繼而利用另一臺發(fā)動機的總距信號，又因為總距信號的輸入會立即反應到功率輸出，接受了過低總距信號的發(fā)動機會短暫減少功率輸出所以導致了N2轉速下降，旋翼轉速下降，之后依靠功率渦輪調節(jié)功能及載荷分配功能補償不正確的總距輸入，快速的將該發(fā)動機的功率輸出回到與工作正常發(fā)動機相匹配的狀態(tài)，但由于雙發(fā)N1 偏差超過5.5%，從而導致幾秒鐘的OEI 狀態(tài)。

故障處置及建議

基于上述分析，北一飛的機務人員在更換了B-7312的總距位置傳感器后，進行了試飛，試飛過程及之后的飛行過程中均未再出現該類故障現象。

通過此次排除故障的經驗，當機務人員發(fā)現直升機出現N1跳動、短時間OEI警告并未伴隨故障代碼出現時，可初步懷疑總距位置傳感器發(fā)生故障。

此類故障也提醒著機務維護人員，在對老舊直升機進行維護過程中，應當尤其注重觀察、維護那些容易隨長時間振動而老化、磨損但并非時控件的部件。

參考文獻：

[1].Sikorsky，服務信函， CCS-76-AOL-07-0005，2007。

[2].Sikorsky，S-76C+/C++ Maintenance Manual [M]，2013。

（作者單位：交通運輸部北海第一救助飛行隊）