某型直升機(jī)懸停時(shí)自動(dòng)上升現(xiàn)象分析與排除

曹永輝 李晶 吳宏宇 卓偉偉

摘要：某型直升機(jī)在試飛懸停時(shí)，在無(wú)施加操縱輸入時(shí)出現(xiàn)自動(dòng)上升現(xiàn)象。通過(guò)分析旋翼和操縱系統(tǒng)原理，查列故障樹(shù)，對(duì)涉及的有關(guān)部件進(jìn)行檢查、驗(yàn)證、排除，確定了引發(fā)該現(xiàn)象的原因，確保了飛行安全。

關(guān)鍵詞：直升機(jī)；懸停；自動(dòng)上升；分析

Keywords：helicopter；hover；automatic ascent；analysis

0 引言

一架某型直升機(jī)C檢修理后試飛過(guò)程中，在無(wú)人為操縱介入的狀態(tài)下出現(xiàn)懸停自動(dòng)上升的現(xiàn)象。

現(xiàn)象描述：直升機(jī)在低高度、有地效的狀態(tài)下，進(jìn)入懸停并保持穩(wěn)定后，飛行員松開(kāi)對(duì)槳距桿的控制，自動(dòng)駕駛儀高度通道未接通，懸停高度呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)，且有懸停高度自動(dòng)上升的趨勢(shì)，期間與總距操縱并聯(lián)的CLP傳感器輸出無(wú)變化，后由飛行員人為操縱槳距桿，上升情況停止；脫離地效后，直升機(jī)采取同樣的操縱方式懸停保持一段時(shí)間后，直升機(jī)高度由波動(dòng)轉(zhuǎn)為自動(dòng)上升，期間與總距操縱并聯(lián)的CLP傳感器讀數(shù)無(wú)變化，后由飛行員人為操縱槳距桿，上升情況停止。

使用故障樹(shù)形式對(duì)該特殊現(xiàn)象進(jìn)行分析，解析原理并給出調(diào)試方法，是本文研究探討的目的。

1 該型直升機(jī)旋翼操縱系統(tǒng)構(gòu)成原理

該型直升機(jī)屬于單旋翼帶尾槳的直升機(jī)，其操縱系統(tǒng)包括縱向、橫向、航向和總距操縱。操縱系統(tǒng)的部件主要由駕駛艙內(nèi)的駕駛桿、總距桿、腳蹬，操縱箱組件（四通道舵機(jī)、聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、相位儀、混合裝置）以及主助力器、自動(dòng)傾斜器、尾助力器及拉桿、搖臂和鋼索等組成，如圖1所示。

直升機(jī)在總距操縱過(guò)程中，飛行員改變槳距桿的位置，由橫軸和拉桿傳遞到操縱箱，經(jīng)過(guò)串聯(lián)在系統(tǒng)內(nèi)的舵機(jī)和相位儀作用，通過(guò)變距混合裝置使傳動(dòng)平臺(tái)上的拉桿向助力器輸入操縱信號(hào)，帶動(dòng)自動(dòng)傾斜器上下滑動(dòng)，機(jī)械聯(lián)動(dòng)至旋翼槳轂改變槳距角；同時(shí)與總距聯(lián)動(dòng)的CLP傳感器因槳距桿位置變化，產(chǎn)生信號(hào)傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)電調(diào)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率同步變化匹配槳距角變化，使直升機(jī)實(shí)現(xiàn)上升或下降動(dòng)作。

2 故障樹(shù)

該機(jī)試飛過(guò)程中，當(dāng)直升機(jī)進(jìn)入懸停并保持穩(wěn)定后，飛行員將手離開(kāi)槳距桿，自動(dòng)駕駛儀高度通道未接通，在無(wú)操縱介入的狀態(tài)下，直升機(jī)出現(xiàn)自動(dòng)上升的現(xiàn)象，后飛行員人為控制槳距桿，上升情況停止。

在自動(dòng)上升高度期間，通過(guò)駕駛艙綜合顯示器觀察判讀，與總距聯(lián)動(dòng)的 CLP傳感器數(shù)值無(wú)變化，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、旋翼轉(zhuǎn)速等參數(shù)輕微波動(dòng)。

根據(jù)上述現(xiàn)象，分析列出圖2所示故障樹(shù)。

3 針對(duì)現(xiàn)象開(kāi)展的驗(yàn)證工作

直升機(jī)自動(dòng)上升現(xiàn)象出現(xiàn)后，依據(jù)故障樹(shù)分析，對(duì)相關(guān)系統(tǒng)部附件進(jìn)行檢查，并開(kāi)展多個(gè)場(chǎng)次的調(diào)整試飛，以期找到原因。

1）舵機(jī)檢查

該型機(jī)操縱系統(tǒng)配裝的舵機(jī)為四通道分離式電液舵機(jī)，起電液轉(zhuǎn)換和液壓放大作用，外場(chǎng)使用中故障率高，對(duì)操縱系統(tǒng)影響較大，故首先對(duì)舵機(jī)進(jìn)行檢查。

在試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)該機(jī)舵機(jī)進(jìn)行校驗(yàn)，對(duì)總距通道伺服閥、配平閥和開(kāi)環(huán)裝置進(jìn)行調(diào)整和更換，以排除因舵機(jī)性能不穩(wěn)定造成的操縱線系漂移。

試飛中斷開(kāi)舵機(jī)液壓，將舵機(jī)性能影響從操縱線系中屏蔽，故障現(xiàn)象未消失。

2）操縱線系安裝狀態(tài)檢查

考慮到總距操縱為機(jī)械聯(lián)動(dòng)，安裝時(shí)存在異常間隙會(huì)影響直升機(jī)高度保持時(shí)的操縱精準(zhǔn)度，故對(duì)該機(jī)整個(gè)操縱線系安裝狀態(tài)進(jìn)行了檢查。復(fù)查主旋翼操縱線系數(shù)據(jù)和主槳轂安裝情況，復(fù)查與總距聯(lián)動(dòng)的尾槳操縱線系、主旋翼操縱聯(lián)動(dòng)組件及尾槳5°數(shù)據(jù)，復(fù)查水平測(cè)量/稱重情況，數(shù)據(jù)符合技術(shù)要求，未發(fā)現(xiàn)異常。

3）助力器檢查

該型直升機(jī)助力器串聯(lián)在操縱線系中，若助力器存在異常，會(huì)導(dǎo)致操縱不穩(wěn)定。復(fù)查助力器分油活塞情況，助力器無(wú)內(nèi)腔串壓，工作穩(wěn)定。

4）操縱線系阻尼特性和摩擦力檢查及調(diào)整

為穩(wěn)定直升機(jī)操縱性能，對(duì)該機(jī)的總距阻尼器和總距摩擦裝置進(jìn)行微調(diào)，使總距操縱線系上的阻尼特性和摩擦力增大。

5）旋翼系統(tǒng)部件安裝狀態(tài)檢查

檢查該機(jī)主槳轂、自動(dòng)傾斜器的安裝和連接，未發(fā)現(xiàn)異常間隙，后期更換主槳轂和自動(dòng)傾斜器。

6）旋翼錐體和動(dòng)平衡狀態(tài)調(diào)整

分析直升機(jī)懸停時(shí)穩(wěn)定性的必要條件，對(duì)旋翼錐體進(jìn)行了檢查和微調(diào)，后期對(duì)該機(jī)安裝的主旋翼重新進(jìn)行動(dòng)平衡調(diào)整和串件，未能改善自動(dòng)上升現(xiàn)象。

7）飛控系統(tǒng)檢查

對(duì)飛控系統(tǒng)的飛控計(jì)算機(jī)、舵機(jī)放大器、離合傳感器、慣性測(cè)量部件、速率陀螺組進(jìn)行校驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)異常情況。在試飛過(guò)程中試驗(yàn)性斷開(kāi)自動(dòng)駕駛儀，排除飛控系統(tǒng)故障的可能。

8）總距CLP傳感器檢查

總距CLP傳感器與操縱線系并聯(lián)，負(fù)責(zé)將機(jī)械操縱的角度轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)電子調(diào)節(jié)器進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制，當(dāng)CLP傳遞信號(hào)不穩(wěn)定時(shí)，有可能導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率不穩(wěn)定，從而產(chǎn)生懸停高度變化。

對(duì)該機(jī)CLP傳感器進(jìn)行檢查、清洗，并對(duì)傳感器安裝支座進(jìn)行加強(qiáng)，消除其安裝結(jié)構(gòu)的彈性變形，以消除CLP傳遞信號(hào)不穩(wěn)定的可能性。

9）發(fā)動(dòng)機(jī)放氣活門調(diào)整

針對(duì)該機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)特點(diǎn)，結(jié)合試飛時(shí)大氣溫度，在工藝規(guī)定范圍內(nèi)，增大了發(fā)動(dòng)機(jī)放氣活門關(guān)閉點(diǎn)轉(zhuǎn)速，懸停時(shí)自動(dòng)上升現(xiàn)象產(chǎn)生變化，由10m高度懸停后自動(dòng)上升轉(zhuǎn)變?yōu)?0m高度能穩(wěn)定懸停，20m高度以上出現(xiàn)自動(dòng)上升，可見(jiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)放氣活門性能與該現(xiàn)象存在一定關(guān)聯(lián)。

10）與同型其他直升機(jī)的對(duì)比驗(yàn)證

與另外兩架進(jìn)入試飛階段的直升機(jī)進(jìn)行對(duì)比飛行驗(yàn)證。選取相同機(jī)型、相同重量、相同場(chǎng)次、相同操作流程，試飛時(shí)風(fēng)速在1.5m/s以下，直升機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定懸停，松開(kāi)槳距后持續(xù)試飛時(shí)間不超過(guò)2.5min以控制重量變化，通過(guò)判讀飛參來(lái)分析懸停狀態(tài)。飛參記錄截取直升機(jī)進(jìn)入懸停狀態(tài)（CLP穩(wěn)定保持不變）的時(shí)間段，記錄直升機(jī)高度、扭矩、旋翼轉(zhuǎn)速和升降速度。

對(duì)3架機(jī)當(dāng)天同時(shí)飛行時(shí)的飛參采集數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀分析，在無(wú)地效作用（20m以上）的情況下，3架機(jī)穩(wěn)定懸停后均出現(xiàn)直升機(jī)自動(dòng)上升現(xiàn)象。上升過(guò)程中顯示旋翼轉(zhuǎn)速存在波動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩伴隨旋翼轉(zhuǎn)速波動(dòng)而變化，但該故障機(jī)上升較明顯。

由此判斷在無(wú)操縱介入的狀態(tài)下，長(zhǎng)時(shí)間懸停過(guò)程中直升機(jī)出現(xiàn)自動(dòng)上升的現(xiàn)象是客觀存在，不屬于特殊故障。

4 導(dǎo)致該現(xiàn)象的原因

從現(xiàn)象來(lái)看，在無(wú)人為操縱輸入情況下直升機(jī)自動(dòng)懸停上升的根本原因是旋翼產(chǎn)生的升力大于直升機(jī)的重力。導(dǎo)致該現(xiàn)象的直接原因是該型直升機(jī)裝用的發(fā)動(dòng)機(jī)功率裕度較大，在槳葉角受氣流等因素影響出現(xiàn)微小變化后，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率隨動(dòng)變化。

參考飛參數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自動(dòng)上升過(guò)程中總距CLP數(shù)值無(wú)變化，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩、旋翼轉(zhuǎn)速等參數(shù)輕微波動(dòng)。當(dāng)槳葉角向上時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)增加功率大于需求，當(dāng)槳葉角減小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)減小的功率小于減弱需求。

自動(dòng)上升現(xiàn)象與旋翼轉(zhuǎn)速波動(dòng)導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)和發(fā)動(dòng)機(jī)功率穩(wěn)定性相關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率越穩(wěn)定，自動(dòng)上升現(xiàn)象越輕微，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩波動(dòng)越小，直升機(jī)懸停狀態(tài)越穩(wěn)定。

為防止該型機(jī)飛行時(shí)出現(xiàn)不必要的意外情況，建議懸停飛行時(shí)如無(wú)必要，飛行員的手不能離開(kāi)槳距桿。

5 結(jié)束語(yǔ)

在該型直升機(jī)的飛行手冊(cè)和維護(hù)手冊(cè)中，有關(guān)在無(wú)操縱介入的狀態(tài)下直升機(jī)出現(xiàn)自動(dòng)上升的情況均無(wú)明確的相關(guān)說(shuō)明，這屬于非正常操作下產(chǎn)生的現(xiàn)象。為了保證外場(chǎng)作訓(xùn)使用，通過(guò)研究該現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理，以故障樹(shù)形式分析引發(fā)此現(xiàn)象的可能原因，分系統(tǒng)隔離問(wèn)題因素，最終定位原因，消除了飛行員的疑慮。本文為分析該型直升機(jī)懸停自動(dòng)上升現(xiàn)象提供了可靠經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持。