直升機傳動系統(tǒng)故障診斷研究

譚華平，王永昌，李建忠

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直升機傳動系統(tǒng)故障診斷研究

譚華平，王永昌，李建忠

（69008部隊，新疆 五家渠 831300）

時代背景下，直升機在越來越多的行業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。傳動系統(tǒng)作為直升機整體控制系統(tǒng)的重要組成部分，一旦出現(xiàn)故障，就會對直升機運行安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響。簡單介紹闡述了直升機傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點，主要分析了直升機傳動系統(tǒng)的常見故障以及故障診斷方法，重點討論了直升機傳動系統(tǒng)故障診斷的有效性策略。

直升機；傳動系統(tǒng)；故障檢測；診斷研究

隨著直升機應(yīng)用范圍逐漸擴大，人們越來越關(guān)注直升機的運行安全。故障是影響直升機運行安全的主要因素，而傳動系統(tǒng)作為直升機主要控制系統(tǒng)之一，其故障診斷與處理是需要重點研究的問題。研究直升機傳動系統(tǒng)故障診斷的意義在于準(zhǔn)確而迅速地查找出直升機傳動系統(tǒng)故障并排除，縮短維修時間，提高保障能力，確保飛行時間，促進預(yù)定飛行任務(wù)的圓滿完成。

1 直升機傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點

在對直升機傳動系統(tǒng)進行故障診斷之前，首先需要做的是了解并掌握直升機傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及特點。它是直升機的主要控制系統(tǒng)之一，其作用在于為直升機運行提供動力?？梢哉f，直升機傳動系統(tǒng)的重要性不亞于直升機發(fā)動機。當(dāng)前普遍應(yīng)用的直升機，其傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可簡述為“三器三軸”?！叭鳌卑ㄖ鳒p速器、中間減速器、尾減速器；“三軸”包括動力輸入軸、主旋翼軸以及尾傳動軸。在傳動系統(tǒng)當(dāng)中，處于核心地位的當(dāng)屬主減速器。主減速器一般由行星齒輪減速器、改變運動方向的錐齒輪傳動、離合器、剎車自動裝置以及潤滑系統(tǒng)組成，其功能為降低直升機發(fā)動機的高轉(zhuǎn)速，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橹餍淼牡娃D(zhuǎn)速。而中間減速器一般由一對螺旋錐齒輪組成，其功能為改變運動方向以及轉(zhuǎn)速。尾減速器的結(jié)構(gòu)與中間減速器相同，其功能為根據(jù)實際需要的轉(zhuǎn)速將傳輸過來的功率提供給尾槳，以保證直升機在變換飛行姿態(tài)的情況下穩(wěn)定飛行。動力輸入軸、主旋翼軸以及尾傳動軸共同組成傳動軸，動力輸入軸的功能為向主減速傳遞發(fā)動機功率；主旋翼軸的功能為向主旋翼傳遞主減速器傳輸過來的功率；尾傳動軸的功能為向尾減速器傳遞功率。

當(dāng)前，雖然直升機的應(yīng)用范圍在不斷擴大，但是其主要應(yīng)用領(lǐng)域還是軍事領(lǐng)域。一旦直升機傳動系統(tǒng)發(fā)生故障，就會帶來嚴(yán)重后果。因此，需要解決傳動系統(tǒng)中存在的故障問題，并使傳動系統(tǒng)具有生存能力強、功率重量比高、可靠性強、維護性良好的特點。

2 直升機傳動系統(tǒng)常見故障及診斷方法

2.1 主減速器故障及診斷方法

主減速器故障主要為漏油故障。漏油故障可分為兩種，一種是動密封漏油，另一種是靜密封漏油。在主減速器工作初期，由于需要實施潤滑以防止動密封磨損的發(fā)生，所以此階段出現(xiàn)漏油現(xiàn)象屬于正?，F(xiàn)象。在觀測到并未出現(xiàn)動密封磨損的情況下，倘若主減速器工作一段時間后仍舊出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，則根據(jù)故障診斷手冊對動密封漏油原因進行診斷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)由于密封圈位置偏離或者產(chǎn)生卡傷而出現(xiàn)漏油現(xiàn)象時，則可診斷為靜密封漏油故障。

此時，要消除故障，需要對密封圈位置進行調(diào)整或者更換新的密封圈。如果更換之后仍舊漏油，則檢測是否是固定齒圈處漏油。檢測結(jié)果是固定齒圈的問題時，則進行返廠檢查。此外，主減速器故障還有檢測膜片聯(lián)軸節(jié)裂紋或鼓起。此故障診斷方法為聽膜片聯(lián)軸節(jié)運行是否出現(xiàn)異常聲音。如果出現(xiàn)異常聲音，則可診斷為膜片聯(lián)軸節(jié)裂紋或鼓起。在裂紋嚴(yán)重或者鼓起部分超出其他部分二分之三時，需要對其進行更換。

2.2 主旋翼軸故障及診斷方法

主旋翼軸故障主要包括封嚴(yán)皮碗漏油、連接螺栓磨損、碳化鎢涂層剝落等故障。封嚴(yán)皮碗漏油故障雖然經(jīng)常發(fā)生，但是并不會對直升機飛行產(chǎn)生破壞性的影響。此故障診斷方法為目視檢查，主要檢查排水孔周圍是否有油跡。如果有，則可診斷為封嚴(yán)皮碗漏油故障。排除此故障，只需更換皮碗。但需要注意的是，要將主旋翼軸單獨分離出來。連接螺栓磨損故障診斷與封嚴(yán)皮碗漏油故障診斷的診斷方法相似，都為目視檢查，主要檢查槳轂處是否出現(xiàn)磨損。如果發(fā)生，則診斷為此故障。碳化鎢涂層的主要作用在于優(yōu)化主旋翼軸性能，但碳化鎢涂層故障并不屬于多發(fā)性故障。

2.3 尾傳動軸故障及診斷方法

值得一提的是，即使正常運行情況下尾傳動軸發(fā)生故障，直升機尾翼也能夠保證直升機安全穩(wěn)定落地。尾傳動軸故障主要為花鍵表面涂層剝落故障，其診斷方法為目視檢查，主要檢查涂層是否存在缺陷、是否由于花鍵磨損而導(dǎo)致傳動失靈。一旦發(fā)現(xiàn)花鍵受損，則可診斷為涂層剝落故障。要排除此故障，需要更換花鍵處的部分傳動軸。

尾減速器故障主要包括封嚴(yán)皮碗漏油以及輸出端齒輪軸花鍵揉傷。在直升機運行狀態(tài)下，發(fā)現(xiàn)尾減速器漏油時，檢測是否出現(xiàn)皮碗唇口磨損、軸承螺栓是否擰緊。如果皮碗唇口磨損嚴(yán)重，則需更換皮碗，且需要根據(jù)更換之前的磨損情況涂滑油，避免故障短時間內(nèi)再次出現(xiàn)；如果軸承螺栓松動，則需要將其擰緊，否則就會引起震動，從而導(dǎo)致彈簧脫落。此外，在直升機傳動系統(tǒng)正常運行狀態(tài)下，檢測尾槳部分是否出現(xiàn)晃動。如果有晃動現(xiàn)象發(fā)生，需要檢測尾減速器輸出端螺栓與螺母是否松動。如果螺栓、螺母松動，則診斷故障為花鍵揉傷。

3 直升機傳動系統(tǒng)故障診斷有效性策略

3.1 應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)

所謂虛擬仿真技術(shù)，就是一種模擬系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其運行環(huán)境的技術(shù)。在直升機傳動系統(tǒng)故障檢測系統(tǒng)中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，能夠突破目視檢查、統(tǒng)計分析以及故障物理模擬等傳統(tǒng)故障診斷方法的局限性，將故障建模、故障注入以及直升機傳動系統(tǒng)性能仿真相結(jié)合，以模擬直升機傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其運行環(huán)境為手段，通過分析直升機傳動系統(tǒng)各個結(jié)構(gòu)的失效模式及其表現(xiàn)形式，在直升機傳動系統(tǒng)原有功能模型的基礎(chǔ)上，構(gòu)建直升機傳動系統(tǒng)故障仿真模型，分析并獲得各個結(jié)構(gòu)故障對直升機及其傳動系統(tǒng)運行造成的影響，實現(xiàn)對直升機傳動系統(tǒng)各類故障的虛擬診斷。利用虛擬仿真技術(shù)進行直升機傳動系統(tǒng)的虛擬故障診斷，能夠高效且經(jīng)濟地確定直升機傳動系統(tǒng)的相關(guān)故障信息，同時可生成直升機傳動系統(tǒng)故障診斷信息矩陣，提供診斷檢測點選擇建議，為實物檢測及故障診斷提供參考資料。

3.2 加強故障診斷管理

所謂故障診斷管理，就是充分利用各種管理智能、技術(shù)手段優(yōu)化組合人、技術(shù)以及信息等諸多因素，以實現(xiàn)設(shè)備系統(tǒng)最佳狀態(tài)、高效率運行及維修目的。在加強直升機傳動系統(tǒng)故障診斷管理的過程中，基于管理標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理定額以及技術(shù)檔案與傳動系統(tǒng)資料，建立狀態(tài)數(shù)據(jù)庫、結(jié)構(gòu)庫以及知識庫。通過所建立的數(shù)據(jù)庫，對每次巡檢測試的數(shù)據(jù)進行振動幅值、軸位移、溫度等參數(shù)的趨勢分析、頻譜分析、特征對比以及類比分析，發(fā)現(xiàn)直升機傳動系統(tǒng)運行過程中的異?，F(xiàn)象，預(yù)測直升機傳動系統(tǒng)故障，及時調(diào)整監(jiān)測策略，為直升機傳動系統(tǒng)故障維修提供信息。此外，吸收直升機傳動系統(tǒng)運行信號，獲得故障維修后的標(biāo)準(zhǔn)譜圖，為運行期間的故障診斷提供依據(jù)，并運用數(shù)據(jù)采集器對直升機傳動系統(tǒng)故障部分進行測試，歸類存儲故障頻譜、軌跡等特征參數(shù)，并做故障測試分析報告。

3.3 嚴(yán)格落實故障診斷制度

直升機故障診斷制度是直升機傳動系統(tǒng)故障診斷工作的重要保障。在嚴(yán)格落實直升機故障診斷制度的過程中，早期診斷直升機傳動系統(tǒng)故障征兆及原因，及時報警，采取應(yīng)急措施，以杜絕直升機傳動系統(tǒng)運行事故的發(fā)生，減少直升機傳動系統(tǒng)故障停機損失以及非計劃停機維修；長期監(jiān)測直升機傳動系統(tǒng)運行狀態(tài)、工作狀況，基于此，安排直升機傳動系統(tǒng)故障診斷計劃，實現(xiàn)狀態(tài)診斷，減少診斷次數(shù)，縮短診斷時間；診斷出飛機傳動系統(tǒng)異常原因、缺陷部位，盡早確定診斷項目，做好超前準(zhǔn)備，防止過剩診斷，減少診斷中的等待時間。

3.4 提高故障診斷人員綜合素質(zhì)

在提高直升機傳動系統(tǒng)故障診斷人員綜合素質(zhì)的過程中，配置專職直升機傳動系統(tǒng)故障診斷技術(shù)崗位，同時，做好技術(shù)崗位人員的福利保障工作；借助新媒體向直升機傳動系統(tǒng)故障診斷人員普及直升機傳動系統(tǒng)故障診斷知識，大力宣傳直升機傳動系統(tǒng)故障診斷的成果，從而形成勤思考、善診斷的工作氣氛。此外，定期、不定期對直升機傳動系統(tǒng)故障檢測人員進行培訓(xùn)與考核，以提高其故障診斷能力。

4 結(jié)語

綜上所述，直升機傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為“三器三軸”，良好的直升機傳動系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備生存能力強、功率重量比高、可靠性強、維護性好等特點。直升機傳動系統(tǒng)常見故障包括主減速故障、主旋翼軸故障、尾傳動軸故障以及尾減速器故障，這些故障的具體診斷方法應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際傳動系統(tǒng)運行情況而定，而不可盲目診斷并下結(jié)論。要提高直升機傳動系統(tǒng)故障診斷的有效性，需要在故障診斷過程中應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)、加強故障診斷管理、嚴(yán)格執(zhí)行故障診斷制度、提高故障診斷人員的綜合素質(zhì)。本文對直升機傳動系統(tǒng)故障診斷的研究尚存在不足之處，如發(fā)現(xiàn)錯誤，還希望諸位予以指正。

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.134

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕