鄒羽順 劉曉輝 馮佳陽

摘要：旋翼轉(zhuǎn)速指示異常是直升機(jī)較為常見的故障，本文針對(duì)兩起較為典型的旋翼轉(zhuǎn)速指示異常故障，從系統(tǒng)原理、故障現(xiàn)象、排除方法等多個(gè)方面進(jìn)行分析并列出故障樹，為后續(xù)裝備保障提供參考。

關(guān)鍵詞：旋翼轉(zhuǎn)速；跳動(dòng)；磁傳感器；主減速器

Keywords：rotor speed；vibration；magnetic sensor；main speed reducer

1 系統(tǒng)介紹

直升機(jī)的旋翼由主減速器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，旋翼的轉(zhuǎn)速也就是主減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速，通過測(cè)量主減速器輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度即可知旋翼轉(zhuǎn)速的大小。直升機(jī)上一般包含兩套旋翼轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)：旋翼轉(zhuǎn)速第一測(cè)量系統(tǒng)和旋翼轉(zhuǎn)速第二測(cè)量系統(tǒng)。

旋翼轉(zhuǎn)速第一測(cè)量系統(tǒng)通過兩個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速信號(hào)，測(cè)量原理為：兩個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速傳感器共軸串聯(lián)安裝在主減速器后面，由主減內(nèi)部同時(shí)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速傳感器和右液壓泵的雙齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，產(chǎn)生三相交流電信號(hào)，該信號(hào)頻率與轉(zhuǎn)速成正比。其中一個(gè)傳感器直接輸出信號(hào)至旋翼轉(zhuǎn)速指示器的同步電機(jī)帶動(dòng)白指針指示旋翼轉(zhuǎn)速，另一個(gè)傳感器輸出信號(hào)至轉(zhuǎn)速/槳距位置信號(hào)處理機(jī)，經(jīng)運(yùn)算、處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過RS422A串行通信接口將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳送至綜合顯示處理機(jī)顯示旋翼轉(zhuǎn)速NR2。

旋翼轉(zhuǎn)速第二測(cè)量系統(tǒng)通過一個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速磁傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速信號(hào)，測(cè)量原理為：旋翼轉(zhuǎn)速磁傳感器內(nèi)部有兩個(gè)具有磁性鐵心的感應(yīng)線圈，正對(duì)著主減下端的音輪。當(dāng)主減轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，音輪同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，音輪齒牙依次通過磁傳感器兩個(gè)線圈的上方，由于磁路與音輪齒牙間隙周期改變，引起線圈內(nèi)磁場(chǎng)周期變化，又由于兩個(gè)線圈所處的位置不同，故在線圈內(nèi)產(chǎn)生兩個(gè)相位差為90°的交流電動(dòng)勢(shì)，該交流電動(dòng)勢(shì)的頻率與旋翼轉(zhuǎn)速成正比，即為兩個(gè)互成90°的單相交流轉(zhuǎn)速信號(hào)。該轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)變換器進(jìn)行單一三相變換和放大后，再經(jīng)電阻盒降壓，此時(shí)三相交流電壓的頻率與單相交流轉(zhuǎn)速信號(hào)頻率相等，輸送給指示器內(nèi)同步電機(jī)，帶動(dòng)花指針指示旋翼轉(zhuǎn)速。另外，磁傳感器產(chǎn)生的兩路單相交流轉(zhuǎn)速信號(hào)，一路直接輸送至轉(zhuǎn)速/槳距位置信號(hào)處理機(jī)，經(jīng)運(yùn)算、處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，通過RS422A串行通信接口將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳送給綜合顯示處理機(jī)顯示旋翼轉(zhuǎn)速NR1，另一路作為備份。圖1、圖2是旋翼轉(zhuǎn)速指示器花指針指示原理和旋翼轉(zhuǎn)速磁傳感器作用原理圖。

正常情況下，旋翼轉(zhuǎn)速第一測(cè)量系統(tǒng)與旋翼轉(zhuǎn)速第二測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量的轉(zhuǎn)速值應(yīng)始終一致，即旋翼轉(zhuǎn)速指示器上的白指針和花指針應(yīng)始終重合，綜合顯示器上的NR1和NR2數(shù)值應(yīng)基本相同。實(shí)際使用過程中，旋翼轉(zhuǎn)速第一測(cè)量系統(tǒng)（白指針、NR2）因傳感器與主減速器是齒輪連接，產(chǎn)生的交流電動(dòng)勢(shì)較穩(wěn)定，旋翼轉(zhuǎn)速指示也較穩(wěn)定，故障率低；旋翼轉(zhuǎn)速第二測(cè)量系統(tǒng)（花指針、NR1）主要通過音輪與磁傳感器之間切割磁力線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)來指示旋翼轉(zhuǎn)速的大小，由于能對(duì)該信號(hào)產(chǎn)生干擾的因素較多，導(dǎo)致旋翼轉(zhuǎn)速指示不穩(wěn)定的故障率較高。旋翼轉(zhuǎn)速故障屬于不可放行故障，對(duì)直升機(jī)的正常試飛有較大影響，因此需要盡快排除。

2 故障案例

以下介紹兩起曾經(jīng)出現(xiàn)的旋翼轉(zhuǎn)速指示不穩(wěn)定的故障。兩起故障的排除都耗時(shí)較長，但最終都確認(rèn)了故障機(jī)理，找準(zhǔn)了故障原因，對(duì)今后的排故工作具有較大的啟示意義。

2.1 旋翼轉(zhuǎn)速指示器花針下掉

一架某型直升機(jī)在試飛時(shí)，旋翼轉(zhuǎn)速指示器花針從207r/min突然下掉至50r/min，但此時(shí)直升機(jī)飛行姿態(tài)未發(fā)生改變，且旋翼轉(zhuǎn)速指示器內(nèi)部白針指示仍為207r/min。因機(jī)上兩塊旋翼轉(zhuǎn)速指示器故障現(xiàn)象一樣，基本可以排除指示器的問題。按照排故程序更換了旋翼轉(zhuǎn)速磁傳感器。第二天，地面試車時(shí)旋翼轉(zhuǎn)速指示正常，飛行一個(gè)半小時(shí)左右指示仍正常，但一個(gè)半小時(shí)后旋翼指示器花針依然下掉到50r/min。更換變換器和電阻盒后再次飛行，故障仍然存在。

檢查系統(tǒng)線路，未發(fā)現(xiàn)異常。檢查旋翼轉(zhuǎn)速磁傳感器與音輪之間的間隙為1.3mm，技術(shù)文件上規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)間隙為1.3±0.1mm。該間隙一方面是確保音輪在轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中不會(huì)與磁傳感器相碰，另一方面，該間隙的大小會(huì)直接影響磁傳感器感受到的磁力，進(jìn)而影響磁傳感器產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，雖然直接影響轉(zhuǎn)速指示數(shù)值的是電壓頻率，但感應(yīng)電壓的幅值是判別磁傳感器輸出信號(hào)是否為有效信號(hào)的依據(jù)。將磁傳感器與音輪的間隙調(diào)整為1.2mm后，故障消失。

針對(duì)旋翼轉(zhuǎn)速指示器花針下掉而白針正常的故障，單獨(dú)從附件及線路上查找較難排除。磁傳感器輸出的感應(yīng)電壓幅值會(huì)隨著磁傳感器與音輪的間隙變化而變化，在同一轉(zhuǎn)速下，該間隙越小，輸出的感應(yīng)電壓幅值越大。因此，為保證信號(hào)的有效性，在安裝磁傳感器時(shí)，應(yīng)在保證磁傳感器與音輪不會(huì)觸碰的情況下盡可能減小其與音輪的間隙。

2.2 綜合顯示器上旋翼轉(zhuǎn)速NR1跳動(dòng)

一架某型直升機(jī)在地面開車時(shí)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)油門手柄由地慢推至空慢過程中，綜合顯示器上旋翼轉(zhuǎn)速NR1跳動(dòng)較大。當(dāng)旋翼轉(zhuǎn)速NR2指示110～180r/min，NR1最大波動(dòng)到300r/min；當(dāng)旋翼轉(zhuǎn)速NR2超過180r/min時(shí)，NR1基本可以和NR2保持一致；當(dāng)油門達(dá)到空慢狀態(tài)時(shí)，NR1和NR2可以穩(wěn)定在207r/min，但將總距提至10°左右時(shí)NR1會(huì)產(chǎn)生跳動(dòng)，范圍在198～200r/min；空中飛行時(shí)，NR1偶爾也存在跳動(dòng)現(xiàn)象，幅度在±20r/min左右。查看飛參，可以看到NR1的曲線與故障現(xiàn)象一致，如圖3所示。整個(gè)過程中，旋翼轉(zhuǎn)速指示器（機(jī)械表）上白指針和花指針指示均正常，且基本重合，無跳動(dòng)。

因NR1與機(jī)械表上的花指針信號(hào)來源相同，都是磁傳感器提供，而花指針無跳動(dòng)現(xiàn)象，所以考慮磁傳感器應(yīng)無問題，更大可能是信號(hào)處理電路出了問題。NR1與花指針信號(hào)處理電路不同，前者是通過轉(zhuǎn)速/槳距位置信號(hào)處理機(jī)將磁傳感器輸出信號(hào)經(jīng)運(yùn)算、處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再傳輸給綜合顯示系統(tǒng)，后者是通過變換器、電阻盒將磁傳感器輸出信號(hào)經(jīng)三相變換、放大、降壓后傳輸至機(jī)械表，所以首先串用了轉(zhuǎn)速/槳距位置信號(hào)處理機(jī)。第二天開車，故障現(xiàn)象仍然存在。

后續(xù)采取串換磁傳感器和音輪、多次調(diào)整磁傳感器與音輪的間隙、制作新電纜以及增加接地線等措施，故障仍未排除。通過采用示波器直接測(cè)量磁傳感器輸出至轉(zhuǎn)速/槳距位置信號(hào)處理機(jī)的信號(hào)，發(fā)現(xiàn)在推油門的過程中磁傳感器的輸出信號(hào)波形嚴(yán)重失真，如圖4所示（圖5為正常信號(hào)），該波形與NR1跳動(dòng)現(xiàn)象吻合，可以判斷問題出在信號(hào)源。因磁傳感器及音輪已經(jīng)串用過，且間隙也已多次調(diào)整，所以只可能是主減速器的原因。串用另一架直升機(jī)主減速器，再次開車后，故障消失。

主減速器內(nèi)部由多個(gè)變速齒輪構(gòu)成，主減速器旋翼軸直接由齒輪帶動(dòng)，隨著工作時(shí)間增加，齒輪以及相關(guān)軸承會(huì)出現(xiàn)一定的磨損。當(dāng)磨損達(dá)到一定程度后，會(huì)出現(xiàn)主減速器旋翼軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)定、不在同一個(gè)平面的情況，致使音輪與磁傳感器之間的間隙一直在跳變，磁傳感器感受到的磁場(chǎng)信號(hào)不穩(wěn)定，導(dǎo)致磁傳感器輸出信號(hào)波動(dòng)。由于機(jī)械表反應(yīng)較為遲鈍，指針式指示存在一定的滯后性，無法實(shí)時(shí)跟蹤旋翼轉(zhuǎn)速的變化，因此出現(xiàn)同一個(gè)信號(hào)源情況下數(shù)字式指示跳動(dòng)而機(jī)械式指示正常的故障。

3 結(jié)束語

經(jīng)過上述分析，總結(jié)出造成旋翼轉(zhuǎn)速指示異常的可能因素，如圖6所示。

旋翼轉(zhuǎn)速是衡量直升機(jī)飛行狀態(tài)是否正常的重要參數(shù)，旋翼轉(zhuǎn)速指示系統(tǒng)出現(xiàn)故障較普遍，大部分情況是系統(tǒng)本身附件或線路出了問題。本文介紹的兩起故障屬于比較罕見的案例，造成故障的原因較為特殊，一是由于磁傳感器的間隙引起，一是主減速器內(nèi)部的旋翼轉(zhuǎn)軸引起，排查難度較大。通過對(duì)這兩起故障的分析和介紹，可幫助維修人員積累經(jīng)驗(yàn)，以縮短排故周期，及時(shí)保障裝備完好率。