基于故障树分析的直升机助力器卡滞故障诊断

王慧明，张严林，许茹悦

(昌河飞机工业集团有限责任公司，江西 景德镇 333000)

直升机操纵系统是通过驾驶员进行操纵，使座舱操纵装置(驾驶杆、总距杆、脚蹬)经液压助力器传递到主、尾桨叶，实现直升机的姿态和状态控制，液压助力器使驾驶员可以准确而不费力地操纵直升机。在日常组织飞行中，经常出现“助力器卡滞”的故障，对飞行安全影响较大，排故周期往往较长。本文以“助力器卡滞”故障为研究对象，运用故障树分析方法并结合工程实际经验进行推理，对故障原因进行快速定位，提高了直升机“助力器卡滞”的故障诊断效率和水平[1]。

1 操纵系统组成

直升机操纵系统包括主桨操纵系统和尾桨操纵系统，主要由主尾桨叶、自动倾斜器、尾桨操纵机构、总距杆、周期杆、脚蹬、舵机、助力器等组成，其原理图如图1所示[2]。助力器包括3台主桨助力器和1台航向助力器，主桨助力器安装在主减机匣上，其输出直接驱动自动倾斜器；航向助力器与尾减端面对接，活塞杆驱动尾桨操纵机构做直线往复运动。

主、尾桨助力器的分油装置为柱式转阀，由主分配阀和辅助分配阀组成，当任何一个主分配阀卡滞时，辅助分配阀能继续工作，这时主警告灯和“助力器卡滞”灯灯亮，警告驾驶人此时助力器主分配阀已卡滞，这时驾驶人可以在综合显示器上查询到助力器卡滞的故障信息[3]。

2 助力器卡滞故障原理分析和模型构建

故障树分析法(Fault Tree Analysis)具有层次性强、因果关系明确等特点，结合告警系统、液压系统、操纵系统的原理和维修诊断经验构建故障树，明确直观地反映出诊断系统内部的逻辑关系。本文对直升机的“助力器卡滞”故障进行分析，并选取这一故障作为顶事件，找出系统中顶事件发生的所有直接和间接原因作为第二级事件，然后根据演绎分析法，再找出造成第二级事件发生的原因，这样逐级查找下去，直至追查到顶事件发生的根本原因(底事件)[4-5]。

根据分析，此故障顶事件的发生从产生原因看可能主要由三个原因引起：告警系统故障、液压系统故障、操纵系统故障。三者只要出现其一，就会导致助力器卡滞报故。

依据故障树构建原理，用“或门”将它们与顶事件相关联。按照此分析方法，可能导致助力器卡滞的各系统故障建立故障树如下[6-7]。

2.1 告警系统故障

助力器卡滞告警系统电路原理如图2所示。

信号灯盒内部供电，经转接模块、助力器卡滞继电器接地，形成回路，助力器卡滞灯常亮；NAMP计算机给出高电平，经右继电器盒、助力器卡滞继电器接地，形成回路，综显报助力器卡滞。

根据上述原理，建立初步告警系统故障树如图3所示。

2.2 液压系统故障

液压系统故障有如下2类。

1)液压压力低：液压系统压力达不到系统所需压力时，助力器微动开关一直处于“工作”位，导致助力器报故。

2)尾助切断：右液压系统的油箱上装有低油面开关，液压低油面低报故时，主警告灯闪亮，MFD显示右液压油面低；同时接通尾助切断电磁阀，切断右液压系统向尾助力器的供油，助力器卡滞报故[8]。

建立液压系统故障树如图4所示。

2.3 操纵系统故障

每个主桨助力器作动筒包括一个能探测辅助分配阀位置的微动开关，接通微动开关，辅助分配阀工作，助力器卡滞报警。助力器卡滞控制电路原理如下。

1)给液压系统供压前(见图5)：给液压系统供压之前，全部微动开关处于“工作”位置，断开控制继电器2的电路，而2的触点是在常闭位置上，助力器卡滞警告灯亮。

2)给液压系统供压之前的检查(见图6)：按压“助力器测试”按钮，通过所有串联微动开关“工作”触点，使继电器2电路被接通。如果检测电路正常工作，则助力器卡滞警告灯熄灭；如果助力器卡滞警告灯不熄灭，则线路故障。

3)供压后的正常工作(见图7)：所有微动开关都处于常闭位置，控制电路接通，则助力器卡滞警告灯不亮。

4)主分配阀卡滞(见图8)：如果出现一个伺服阀卡住，相应的微动开关处于“工作”位置，控制电路断开，助力器卡滞告警灯亮。

由上述原理图可知，任一助力器故障或者线路故障时均会导致报故。

建立操纵系统的故障树如图9所示。

根据上述分析，可以绘制出“助力器卡滞”故障树图(见图10)，故障树对应的事件列表见表1。

表1 故障树对应的事件列表

故障树分析的目的是找出系统的全部最小割集。割集是能使顶事件发生的一些底事件的集合。最小割集是指属于它的底事件都发生，就能使顶事件发生的必要底事件集合。用下行法计算本文的最小割集为：

T=A1∪A2∪A3=X1+X2+X3+X4+

X5+X6+X7+X8+X9+X10+X11+

X12+X13+X14+X15

本故障树的最小割集为15个基本事件，其中任何一个发生都会导致“助力器卡滞”故障的发生。

3 故障诊断

按照排故从易到难的原则，参考故障树，画出排故流程图(见图11)[9]，一一排除，最终定位故障原因。

首先应目视检查液压系统有无渗漏，液压系统压力是否正常，液压油箱油面低是否报故，确认最基础的事实后，按如下顺序进行故障定位，否则先处理上述问题。

1)告警系统。

地面通电，系统不供压，按压助力器测试按钮，助力器卡滞灯应灭，否则可能是线路故障，通过短接左前、左后、尾助的2、3号点，右前助力器的1、3号点，再次按压助力器测试按钮，如果仍不熄灭，可能是告警系统故障，如信号灯盒、继电器或某段线路，需一一定位；如果熄灭，则可能是助力器的微动开关故障，应后续供压进一步排查。

2)液压系统。

右系统供压情况下，按压尾助切断试验后，脚蹬无法蹬动，松开后，脚蹬可以蹬动，则正常，如果按压后不能蹬动，松开后依然无法蹬动，则尾助切断电磁阀故障或者尾助切断开关故障。

3)操纵系统。

左、右供压情况下，往复操纵脚蹬、驾驶杆及总距杆，“助力器卡滞”警告灯如果闪烁，则至少1台助力器卡滞，短接左前、左后、尾助的1、4点，右前的2、4号点，助力器卡滞灯应熄灭；如果不熄灭，则是助力器卡滞控制线路故障。

按上述短接3个插头，留1个插头与机上连接，往复操纵脚蹬、驾驶杆及总距杆，如果助力器卡滞灯不灭，则此助力器是完好的，依次排除剩下的助力器。

如果助力器卡滞灯灭，则此助力器故障，短接此助力器，再行排除剩下的3个助力器。

尤其要注意可能有2个及以上助力器故障，排除出1个助力器故障后，应继续排查剩余的助力器是否完好。

4 案例分析

示例：某架机某日飞行，非航电故障清单报“助力器卡滞”故障，同时故障灯盒“助力器卡滞”灯亮。

1)液压系统压力正常，无渗漏，低油面未报故，地面助力器卡滞测试正常。

2)地面供压，故障常在，短接左前、左后、尾助力器1、4针脚和右前助力器2、4针脚，故障消失，依次插上4个助力器插头，当插上左前和右前助力器插头时，故障出现，故判断为左前和右前助力器同时故障，更换后，地面供压通电检查正常。

5 优化改进

经统计分析，“助力器卡滞”报故的原因主要是助力器成品故障，经返厂检查，造成成品问题的原因主要有2个：1)助力器微动开关批次性问题；2)助力器主副旋转阀装配容差问题。针对上述问题，后续厂家已对微动开关元器件进行更改，对装配方法进行优化，故障频次明显减少。

6 结语

助力器卡滞故障对飞行安全影响较大，但在实际诊断过程中面临许多问题，系统交联较多，诊断设备导致场地受限等，往往会使工程技术人员束手无策。本文采用基于故障树的故障树故障诊断方法，总结出了助力器卡滞类故障最优的诊断步骤，最大限度地减少了测量、试验次数，并降低了对维修人员知识结构的要求，提高了故障诊断的效率和实用性。这种助力器卡滞故障诊断方法在实际应用中具有很好的推广价值。