共模故障分析在直升机研制中的应用

李春秀

摘 要：本文在《共摸故障在直升机研制中的研究》一文原理及要求分析的基础上进一步阐述共摸故障分析在直升机研制中的应用。基于SAE ARP 4761共模故障分析的方法，结合以往型号设计及相应飞机共模故障分析的经验教训，以法国20世纪80年代研制的AS365N直升机电源系统为实例，阐述了共模故障分析的具体实施。

关键词：共模故障；经验教训；具体实施

中图分类号：V263 文献标志码：A

0 概述

《共模故障分析在直升机研制中的研究》一文中基于ARP 4761描述了共模故障分析的基本原理及要求，给出了共模故障相应的分析方法、实施程序及共模分析实例。本文结合型号研制中的经验教训，将ARP 4761的要求转化为型号研制中易于实施可具体操作的系统应用。

1 共模故障分析

以法国20世纪80年代研制的AS365N直升机电源系统为例说明如何实施共模故障分析。

1.1 分析准备

（1）系统特性

AS365N型机是由两台直流起动发电机构建的两个互为余度的主电源系统和由蓄电池组成的应急电源组成的。

正常情况下，两个主电源系统向各自的主汇流条（PP8、PP9）供电；任意一台发电机组成的主电源系统故障时，主汇流条连接接触器（P19）闭合，此时，主汇流条PP8、PP9由正常工作的主电源供电。上述情况下，蓄电池（P20）汇流条接触器（P16、P17）闭合，蓄电池汇流条（PP7）由主电源系统供电，此时，蓄电池处于浮动充电状态。当主电源系统全都故障时，蓄电池给蓄电池汇流条（PP7）供电，以便给确保飞行安全的用电设备供电，系统原理图如图1所示。

注：不同代號的相同产品为同一型号。

（2）共模故障分析检查单

按ARP 4761共模故障分析检查单的模板结合AS365N型机上面分析的系统特性，该型直升机电源系统共模故障分析检查单见表1。

（3）共模故障的选择

根据AS365N型机直流电源系统的功能分析及《共模故障分析在直升机研制中的研究》所规定的选择原则，选择表2所示的故障状态作为共模分析的对象。

1.2 共模故障分析

1.2.1 共模故障的定性分析

定性分析即是对共模故障分析检查单所确定的共模故障进行深入的分析，从而确定共模故障接受状态。

（1）识别共模故障源。对表1电源系统共模分析检查中所确定的共模故障进行分析，以识别要作进一步分析的共模故障。

如表2所示，AS365N型机电源系统所要分析的是DF001和DF002这两个不希望事件的共模故障。DF001这一事件中蓄电池供电能力的丧失与两个主电源（分）系统供电功能丧失，前者为独立事件，与两个主电源（分）系统不存在共模故障，因此也可以不考虑。

而DF001与DF002中的两个主电源（分）系统供电功能丧失是相同的。因此下面的分析中便合二为一，见表3。

表3 电源系统共模故障识别

通过上面的“共模故障源的识别”分析，可以看出采取相应的管理和设计措施，如有关人员的培训、考核上岗、供应商的合格审定及招投标控制、相同部件/设备的隔离输入端故障率控制等，使共模故障分析检查单中的12项共模故障得到消除和控制。

（2）共模故障源的可接受性分析。正如之前所述，经过共模故障源的识别分析之后，表1共模故障分析检查单中有12项共模故障源得到了消除和控制，剩下的7个共模故障源对他们进行共模故障源的可接受性分析。分析过程见表4。

1.2.2 共模故障的定量分析

通过上面分析研究之后，可以发现仍有3个共模故障源的故障状态对直升机的安全性风险影响仍未得到有效控制，即：

两个相同互为余度的主电源（分系统）和蓄电池供电可能同时失效/故障，影响直升机高飞行安全。

两个相同互为余度的主电源（分系统）和蓄电池供电可能同时或任意一个失故障，影响直升机正常执行任务；

两个相同互为余度的主电源（分）系统的相同部件/设备可能同时故障，造成它们不能正常工作。

实际上后面的相同部件/设备的共模故障的分析也包括在前两个共模故障源的分析之中，因此，仅仅分析前面的两个共模故障即可说明问题了。

故障树和故障树分析计算：①故障树。通过上面的系统供电原理可以得到在故障独立和共模情况下上面两种故障状态的故障树，此处不具体画出故障树。②故障树分析计算。根据“AS365N Reliability parameter 1992”表，该型机电源系统部件、设备的MTBF值见表5。

将表中的基本事件的故障概率代入，可求得：

独立故障情况下全机断电（蓄电池汇流条PP7断电）的概率

Q1（全机断电）=2.4238×10-10/h

考虑共模故障情况下全机断电的概率

Q1c（全机断电）=2.9326 ×10-10/h

显然，无论是独立故障还是共模故障，蓄电池汇流条PP7断电的概率均小于10-9这一最坏情况下的安全性目标值。

独立故障情况下任一主汇流条PP8或PP9的故障概率

Q2（任一主汇流条断电）=7.5182×10-7/h

考虑共模故障情况下任一主汇流条PP8或PP9的故障概率

Q2c（任一主汇流条断电）=9.0221×10-7/h

不难看出，无论是独立供电还是共模供电情况下，任一主汇流条断电的概率均大于10-7/h这一安全性目标值，其问题是，20世纪80年代设计的AS365N直升机电源系统的部件/设备的基本可靠性较低，因此，为确保机上重复用电设备供电的可靠性和安全性，有必要选择高可靠性的产品或者改进系统构型。

1.3 评审

在完成了上述的共模故障分析之后，便进行评审，本例中任一主汇流条（PP8或PP9）无论独立还是共模故障分析，其断电的概率均大于安全性目标值10-7/h的要求，因此，要进行设计改进，以满足安全性要求。目前，直升机整机指标为10-5/h，小于固定翼安全性指标10-6/h，由此类推，危险性事件安全性目标应小于10-6/h，上述分析结果是可接受的，那么上述分析可引入系统安全性分析报告中。

结语

共模故障分析是共因分析之一，它是系统安全性分析的一个重要环节，是实现直升机安全性要求（目标值）的重要而有效的分析方法。本文以ARP 4761共模故障分析的框架，并结合EC175/Z15，Boing777旅客机AS365N直升机电源系统共模故障分析为例，详细地阐述共模故障分析方法的应用。这样，将ARP 4761中较为抽象、顶层论述、偏重概念的实施原则转化为具体实用、易于操作的有效方法。

参考文献

[1]SAE ARP 4761，民用飞机机载系统和设备安全性评估过程的指南方法[S].

[2]AS365N Instruction Manual[Z].Aerospatial 1988 P12-1-P12-27.

[3]AS365N Reliability Parameter[Z].Aerospatial 1990 P2.