S—76C+型直升机总距位置传感器故障分析

    章潇

    摘 要：S-76C+直升机随着机龄不断老旧，经常性出现与总距位置传感器有关的故障。此类故障在排除过程中存在故障现象复杂、难以确定故障源等困难情况，作者结合以往排故经验，以直升机系统原理为基础分析了总距位置传感器的工作原理及故障机理，为直升机维护人员准确快速地排除此类故障提供了参考。

    关键词：直升机 位置传感器 故障分析

    北海第一救助飞行队（以下简称：北一飞）所属的S-76C+型直升机（注册号：B-7312）在一次飞行训练中，飞行员反映直升机两台发动机的N1指示一直在跳变，同时，在悬停过程中出现：N2转速下降、旋翼转速下降，发动机OEI（单发运行）警告，整个过程持续时间不超过1秒，随后直升机一切参数正常。直升机返航后机务检查直升机，未发现任何故障代码出现。

    故障分析

    经机务人员初步分析认为，该故障现象与西科斯基公司（该型号直升机的制造厂家）于2007年发布了一份服务通告（编号：CCS-76-AOL-07-0005）所描述的现象类似，很有可能是为DECU（数字式发动机控制组件）提供信号的总距位置传感器故障而导致的。

    该服务通告指出，西科斯基从客户反馈中发现了两起与总距位置传感器有关的故障。这两起故障均出现了OEI 警告，飞行员按照《飞行手册》中规定的OEI处置程序正确处置，直升机安全着陆。

    西科斯基召集会议回顾了这两次事件，认为直升机出现OEI警告的情况是对总距位置传感器故障进行了正确响应。即故障的总距位置传感器输出的信号被DECU 接受，DECU认为直升机总距位置发生了变化（事实上该变化为假信号，总距杆位置实际未变化）。根据DECU设计的运算控制程序，当总距位置发生变化时，需要降低某个发动机功率输出几秒钟进行响应。同时，其中一起在发生故障前的几班飞行中，曾出现过DECU Minor Fault（IIDS 显示器上显示“COLL POSITN FAULT”，即总距位置故障）。综上所述，西科斯基建议只要DECU 出现过总距位置传感器故障警告就需要更换总距位置传感器。

    根据S-76C+/C++型直升机《维护手册》的内容，DECU对于发动机熄火探测及警告逻辑是由下述两种情况触发的：①当一台发动机的N1 降到慢车范围。②发动机处于N1 匹配工作的情况下，双发的N1 分叉超过5.5%。若发生上述两种情况，DECU将进入OEI状态。而且，上述的第二种情况是一种重要的安全机制，DECU会立即探测到发动机熄火的状况并对工作正常的发动机自动建立OEI 限制，使直升机能够通过一台发动机的高功率运行，保障安全着陆。

    基于系统的多余度设计，正常情况下，每台发动机的DECU接受独立的总距位置信号，对于一个总距给定的位置，两个独立信号也应该是相同的数值。同时，每台发动机的DECU对各自输入总距位置信号进行独立的故障检测。I故障检测逻辑为：若DECU检测到输入的信号超出5%-95%范围区间或信号出现过大的变化率（即超过290%/秒），DECU将判定输入到其内部的总距位置信号出现故障，继而受影响的发动机的DECU将会利用另一台发动机的DECU的总距位置信号，除出现DECU Minor Fault 指示外，对直升机的正常操纵没有任何影响。

    西科斯基认为通告中所述的两起故障都是由于一台发动机接收到了过低的总距位置信号，但信号并没有超过故障检测逻辑规定的变化范围，因此，DECU认为总距位置传感器未出现故障，该过低的信号为有效信号。根据发动机控制机理，总距输入的变化会立即反映到功率输出的变化上。当DECU接受过低总距信号后，会控制对应的发动机短暂减少输出功率，随后，通过功率涡轮调节功能及载荷分配功能来补偿过低的总距输入，从而迅速地使该发动机的输出功率回归到与另一台正常工作的发动机相匹配的状态，但由于双发N1 偏差超过了5.5%，从而导致了几秒钟的OEI 状态。

    特别需要注意的是，此种状态只是短暂失去一台发动机的功率数据，根据设计，DECU 将反应出功率分叉状况，自动建立30 秒OEI功率并宣布OEI状况（出现OEI警告）。

    技术人员检查故障的总距位置传感器后发现，故障原因是传感器内部用来产生输出信号的碳滑轨部分出现磨损，导致本应平顺变化的电阻产生跳变，在直升机自身振动的共同作用下引起输出信号的跳变。

    B-7312直升机发生故障时并未出现过任何代码，只是N1指示在不停的跳动，这就表明DECU接受了不正确的总距位置信号，继而利用另一台发动机的总距信号，又因为总距信号的输入会立即反应到功率输出，接受了过低总距信号的发动机会短暂减少功率输出所以导致了N2转速下降，旋翼转速下降，之后依靠功率涡轮调节功能及载荷分配功能补偿不正确的总距输入，快速的将该发动机的功率输出回到与工作正常发动机相匹配的状态，但由于双发N1 偏差超过5.5%，从而导致几秒钟的OEI 状态。

    故障处置及建议

    基于上述分析，北一飞的机务人员在更换了B-7312的总距位置传感器后，进行了试飞，试飞过程及之后的飞行过程中均未再出现该类故障现象。

    通过此次排除故障的经验，当机务人员发现直升机出现N1跳动、短时间OEI警告并未伴随故障代码出现时，可初步怀疑总距位置传感器发生故障。

    此类故障也提醒着机务维护人员，在对老旧直升机进行维护过程中，应当尤其注重观察、维护那些容易随长时间振动而老化、磨损但并非时控件的部件。

    参考文献：

    [1].Sikorsky，服务信函， CCS-76-AOL-07-0005，2007。

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

    （作者单位：交通运输部北海第一救助飞行队）