張秋生，景剛，唐寧，孫正楠，梁小康

（1.92635部隊，青島 266041；2.91049部隊，青島 266100）

引言

火警探測系統(tǒng)是渦軸發(fā)動機防火系統(tǒng)的重要組成部分，能夠實時監(jiān)測發(fā)動機運行狀態(tài)是否平穩(wěn)。當發(fā)動機溫度異常時（高于探測值），引起火警器的兩個金屬片伸長，溫度異常時（高于探測），引起火警器的兩個金屬片伸長，使兩個金屬片之間接觸點斷開，并產(chǎn)生預警信號，幫助飛行員及時了解直升機的運行狀態(tài)，空中關停發(fā)動機甚至釋放滅火瓶，飛機返航、備降。如果火警探測系統(tǒng)發(fā)生故障不能發(fā)出預警信號，或產(chǎn)生“火警虛警誤報”等異常故障，誘發(fā)飛行事故鏈，造成直升機在空中停飛[1,2]，對直升機任務完成率和飛行安全造成較大影響。隨著戰(zhàn)訓任務的加重，如何有效地降低渦軸發(fā)動機火警探測系統(tǒng)的虛警率，已成為直升機保持持續(xù)作戰(zhàn)能力急需解決的問題之一。

1 故障現(xiàn)象

某渦軸發(fā)動機在正常飛行過程中火警指示燈多次閃亮報警，檢查發(fā)動機艙的溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)，最高溫度分別為47.5 ℃（低溫區(qū)）、132.6 ℃（中溫區(qū)）、188.76 ℃（高溫區(qū)），溫度正常，未出現(xiàn)超溫情況，判斷火警探測系統(tǒng)存在虛警故障。對發(fā)動機火警探測器的電阻值采集后發(fā)現(xiàn)，火警探測器輸出電阻存在異常。

2 火警探測系統(tǒng)原理

直升機火警探測系統(tǒng)的探測方式通常采用溫度探測，即在發(fā)動機機體周圍設置許多相互串聯(lián)的火警探測器，通過探測回路電阻值得變化情況，實現(xiàn)對環(huán)境的感知實時監(jiān)測。假如在飛行運行過程中，發(fā)動機火警探測器感知到溫度值超過系統(tǒng)預設閾值時，火警探測系統(tǒng)立刻通過控制回路發(fā)出報警信號，傳遞給飛行員火警警示信息[3,4]，飛行員分析直升機的運行狀態(tài)，采取空中關停發(fā)動機甚至釋放滅火瓶的緊急措施。

火警探測系統(tǒng)由火警檢測盒和火警探測器（其中每套含3臺低溫火警探測器、4臺中溫火警探測器、2臺高溫火警探測器）組成。火警探測器跟火警控制盒采用串聯(lián)方式，正常的回流條和應急回流條利用斷路器為火警控制盒供電，如圖1所示。當監(jiān)測范圍內發(fā)生火警或溫度異常升高并達到火警探測器設定的溫度時，火警探測器動作，通過火警控制盒發(fā)出火警信號。

圖1 火警探測系統(tǒng)原理圖

1）當火警探測器回路對地電阻值小于300 Ω（對地短路狀態(tài)）時，火警控制盒輸出“線路故障”告警信號。

2）當火警探測器回路對地電阻值大于300 Ω時，火警控制盒正常工作。

3）當檢測到火警探測器回路電阻值[0，200）（正常狀態(tài)）時，火警檢測盒無告警信號輸出。

4）當檢測到火警探測器回路電阻值[200，1.1k）（接觸不良狀態(tài)）時，火警檢測盒輸出“線路故障”告警信號。

5）當檢測到火警探測器回路電阻值[1.1k，27k]（火警狀態(tài)）時，火警檢測盒輸出“火警”告警信號。

6）當檢測到火警探測器回路電阻值（27 k，+∞）（斷路狀態(tài)）時，火警檢測盒輸出“線路故障”告警信號。

火警探測器為雙金屬片原理探測器，產(chǎn)品利用雙金屬材料隨溫度變化產(chǎn)生形變的特性工作，當產(chǎn)品檢測區(qū)域內的空氣溫度升高時，雙金屬片1和雙金屬片2產(chǎn)生彎曲變形，兩觸點隨之運動并保持閉合狀態(tài)，當雙金屬片1與調節(jié)螺釘接觸后停止形變，與之連接的觸點停止運動，而雙金屬片2則繼續(xù)變形，隨后兩觸點分開，將火警電阻R接入火警回路，產(chǎn)品結構圖見圖2，線路原理圖見圖3。

圖2 火警探測器結構圖

圖3 線路原理圖

3 火警虛警故障排查與分析

3.1 故障分析與定位

由于高溫、高濕、高鹽霧等典型海洋服役環(huán)境，以及發(fā)動機復雜工況引發(fā)的振動、電磁干擾等外部環(huán)境，使得火警探測系統(tǒng)內部元器件、控制線路經(jīng)常出現(xiàn)磨損破壞、短路等故障模式，常見的故障類型如下：

1）電氣線路發(fā)生故障

直升機在飛行過程中，高強度、持續(xù)運轉的發(fā)動機所產(chǎn)生高溫振動的工作環(huán)境，使得線路容易出現(xiàn)磨損破壞、短路，以及探測器末端脫落等故障[5,6]。再加上潮濕的海洋服役環(huán)境，受潮的電路極易引發(fā)火警虛報的故障現(xiàn)象。除此之外，火警探測器通常采用接線端子的形式進行連接，潮濕、振動的服役環(huán)境導致接線端子受潮或者松動，極易造成火警控制盒出現(xiàn)異常，從而產(chǎn)生火警虛報的警示信號。

2）火警探測系統(tǒng)的元器件發(fā)生故障

火警探測器由于電路中對電阻閾值的設置不合理或溫度變化使回路中的電阻發(fā)生改變，使得傳給火警控制盒的電阻值和內部電阻在比對過程中出現(xiàn)誤判，導致虛警現(xiàn)象發(fā)生。另外，生產(chǎn)過程中火警探測器機構密封不嚴或質量管控不到位，使得外界環(huán)境中微小顆粒滲入到探測器內部，導致溫度感知元器件故障，電阻值增大或是電阻值趨向于無窮大，出現(xiàn)控制盒誤報警的虛假現(xiàn)象。

3） 服役環(huán)境電磁干擾嚴重

直升機飛行過程中，安裝于發(fā)動機機體的火警探測器處于高溫、振動、電磁干擾的復雜運行環(huán)境。惡劣的服役環(huán)境，尤其是電磁干擾極易導致火警控制盒發(fā)出故障告警信息。而一旦直升機停止工作，其干擾隨即消失，故障現(xiàn)象就會逐漸消失。

對于該渦軸發(fā)動機在正常飛行過程中火警指示燈多次閃亮報警的故障現(xiàn)象而言，經(jīng)對火警探測系統(tǒng)進行故障隔離排查，發(fā)現(xiàn)火警探測器鎖緊螺帽與陶瓷座存在約1.5 mm間隙，陶瓷座存在明顯晃動情況，如圖4所示；對產(chǎn)品進行X光檢查，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品長接線柱處的鎖緊螺帽與內部六角薄螺母存在明顯間隙，如圖5所示。導致接線片與接線柱間的電連接不可靠，在高溫、振動條件下，接線柱與接線片虛接，造成輸出電阻異常。

圖4 鎖緊螺帽與陶瓷座間隙

圖5 陶瓷座間隙X光檢查

3.2 機理分析

1）輸出電阻異常機理分析

當火警探測器接線柱鎖緊螺帽松動時，其內部為懸空狀態(tài)，裝機使用過程中在高溫及振動條件綜合作用下，接線片與鎖緊螺帽間接觸壓力減小，因接觸不良產(chǎn)生虛接。由于在振動條件下，接線片與鎖緊螺帽間接觸壓力受振動條件影響而變化，接觸面積及接觸間隙呈不規(guī)則變化，導致電阻呈現(xiàn)不穩(wěn)定動態(tài)跳變，而常溫靜態(tài)情況下，產(chǎn)品接線片與鎖緊螺帽間接觸狀態(tài)穩(wěn)態(tài)，電阻輸出正常,如圖6所示。當產(chǎn)品輸出電阻達到火警檢測盒火警域值范圍時，則觸發(fā)火警系統(tǒng)虛警。

2）鎖緊螺帽松動機理分析

火警探測器裝調過程中，依次將陶瓷座、六角薄螺母按圖7要求裝入產(chǎn)品相應位置，六角薄螺母對陶瓷座起到固定限位作用，其中兩個六角薄螺母按照規(guī)定的擰緊力矩擰入接線柱，之后再將鎖緊螺帽擰入接線柱并擰緊,保證鎖緊螺帽與六角薄螺母貼合，最后將外鋸齒鎖緊墊圈、Ⅰ型六角螺母裝配至兩接線柱。

圖7 產(chǎn)品裝配示意圖

由于鎖緊螺帽為圓柱結構,擰緊過程中,擰緊工具與鎖緊螺帽存在圓周方向相對轉動,存在擰不緊的風險,鎖緊螺帽安裝后未采取機械防松緊固措施，火警探測器使用前，需擰松取出Ⅰ型六角螺母及外鋸齒鎖緊墊圈，此時容易將相鄰鎖緊螺帽帶松，從而使得鎖緊螺帽與內部六角薄螺母分離，之后將發(fā)動機線纜接線片安裝至接線柱，并通過外鋸齒鎖緊墊圈和Ⅰ型六角螺母擰緊固定，接線片與鎖緊螺帽間壓緊接觸，由于此時鎖緊螺帽內部為懸空狀態(tài)，裝機使用過程中在高溫及振動條件綜合作用下，鎖緊螺帽逐漸松動，使得接線片與鎖緊螺帽間接觸壓力減小，因接觸不良產(chǎn)生虛接，從而使得產(chǎn)品輸出電阻異常，達到火警控制盒火警域值范圍時，則觸發(fā)火警系統(tǒng)虛警。

4 結論與解決措施

渦軸發(fā)動機火警探測器虛警的原因為火警探測器鎖緊螺帽無有效緊固措施，裝機使用過程中在高溫及振動條件綜合作用下，鎖緊螺帽逐漸松動，使得接線片與鎖緊螺帽間接觸壓力減小，因接觸不良產(chǎn)生虛接，從而使得產(chǎn)品輸出電阻異常。在外場維護過程中，機組需要定期對火警探測系統(tǒng)進行檢查和測量，以最大限度地減少元器件故障帶來的火警探測系統(tǒng)安全隱患問題。對于控制線路問題，加強對電氣線路的排查，尤其是容易出現(xiàn)的磨損破壞、短路，以及探測器末端脫落等情況，一旦發(fā)現(xiàn)線路或端子松動的情況，立即進行檢修。

于此同時，聚焦鎖緊螺帽松動問題，擬提出如下改進措施：將鎖緊螺帽擰入接線柱，確保螺帽內端面與六角螺母貼合，然后在鎖緊螺帽端面與接線柱螺紋結合處激光點焊固定。