Z-9直升機(jī)應(yīng)急漂浮系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)應(yīng)用研究

宋志民

（航空工業(yè)集團(tuán)哈飛，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 Z-9直升機(jī)應(yīng)急漂浮系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 應(yīng)急漂浮系統(tǒng)組成

Z-9直升機(jī)的應(yīng)急漂浮系統(tǒng)包括永久性浮筒和充氣式應(yīng)急浮筒2部分。永久性浮筒是指油箱艙和尾梁艙，充氣式應(yīng)急浮筒具有2種狀態(tài)，分別是2浮筒狀態(tài)和4浮筒狀態(tài)。2浮筒狀態(tài)包括2個(gè)安裝在直升機(jī)前部的前浮筒和1個(gè)安裝在主起落架艙后部的氣瓶組件，采用1個(gè)氣瓶向2個(gè)前浮筒供氣的工作模式；4浮筒狀態(tài)包括2個(gè)安裝在直升機(jī)前部的前浮筒、2個(gè)安裝在直升機(jī)后部的后浮筒和2個(gè)分別安裝在左、右主起落架艙后部的氣瓶組件，采用每個(gè)氣瓶向直升機(jī)一側(cè)的前、后浮筒供氣的工作模式。

1.2 控制系統(tǒng)工作原理

目前，Z-9直升機(jī)的應(yīng)急漂浮系統(tǒng)只能采用手動(dòng)觸發(fā)一種工作模式。它的主要觸發(fā)部件包括安裝在儀表板上的控制盒和安裝在正、副駕駛員總矩桿上的觸發(fā)開(kāi)關(guān)?？刂坪杏?種功能，它既是浮筒系統(tǒng)的準(zhǔn)備開(kāi)關(guān)，還具有浮筒觸發(fā)線路的檢測(cè)功能和浮筒觸發(fā)功能。

在直升機(jī)即將進(jìn)入水上飛行或準(zhǔn)備進(jìn)入水上飛行狀態(tài)時(shí)，飛行員首先將控制盒上的準(zhǔn)備開(kāi)關(guān)置于“激活”位置，出現(xiàn)水上應(yīng)急迫降的情況時(shí)，按壓正、副駕駛員總矩桿或控制盒上的任何一個(gè)觸發(fā)開(kāi)關(guān)均可使浮筒充氣。

2 浸水自動(dòng)觸發(fā)傳感器

2.1 浮力式傳感器

浮力式傳感器是應(yīng)用最早的觸發(fā)傳感器，它利用浮力原理實(shí)現(xiàn)對(duì)直升機(jī)落水與非落水狀態(tài)的檢測(cè)。傳感器主要由殼體、浮力體、彈簧、簧片開(kāi)關(guān)和永磁體等部件組成。當(dāng)浸水傳感器入水后，浮力體浮起，在永磁體的作用下使簧片開(kāi)關(guān)接通，產(chǎn)生入水觸發(fā)信號(hào)。

浮力式傳感器技術(shù)比較成熟，但一般體形較大、重量較重，觸發(fā)反應(yīng)靈敏度和可靠性不夠高。為了提高浮力式傳感器自動(dòng)觸發(fā)的可靠性，一架直升機(jī)要在不同位置安裝多個(gè)傳感器，以實(shí)現(xiàn)觸發(fā)系統(tǒng)的冗余控制。

2.2 光敏式傳感器

光敏式傳感器利用的是普通民用的光電液位檢測(cè)器的檢測(cè)原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)直升機(jī)落水與非落水狀態(tài)的檢測(cè)功能。光敏式傳感器一般由外殼、入水孔、信號(hào)處理部件、光敏檢測(cè)部件組成。

該型傳感器利用了光在不同介質(zhì)截面的折射與反射原理進(jìn)行檢測(cè)。傳感器頂部安裝了一個(gè)特殊的內(nèi)部放置有檢測(cè)光線發(fā)生器和光電接收器的透明光學(xué)探頭，它是傳感器的關(guān)鍵部件。當(dāng)探頭浸沒(méi)在水中時(shí)，光學(xué)探頭發(fā)出的檢測(cè)光線在探頭與液體界面上發(fā)生折射和反射作用，一部分光在二次折射過(guò)程中進(jìn)入水中，另一部分光經(jīng)過(guò)2種介質(zhì)界面經(jīng)二次反射后返回傳感器的光電接收器；當(dāng)探頭離開(kāi)水，處于空氣中時(shí)，由于光電探頭的特殊結(jié)構(gòu)和材料設(shè)計(jì)，傳感器發(fā)出的檢測(cè)光線在探頭與空氣界面上發(fā)生全反射，光線幾乎全部返回光電接收器。

2.3 熱敏式傳感器

熱敏式傳感器是根據(jù)熱電偶在不同介質(zhì)中發(fā)熱強(qiáng)度不同的原理來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的。熱敏式傳感器的測(cè)量元件是由2個(gè)相同的熱電偶構(gòu)成的，其中一個(gè)熱電偶通電后始終處于自發(fā)熱狀態(tài)，另一個(gè)熱電偶則用于測(cè)量環(huán)境溫度。

當(dāng)自發(fā)熱熱電偶浸入水中時(shí)，它的自發(fā)熱會(huì)比它在空氣中的自發(fā)熱要弱，自發(fā)熱的強(qiáng)弱會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的檢測(cè)電壓變化。由于自發(fā)熱的強(qiáng)弱與環(huán)境溫度有關(guān)，所以自發(fā)熱熱電偶電壓狀態(tài)的變化值要通過(guò)另一個(gè)熱電偶測(cè)量到的環(huán)境溫度信息進(jìn)行修正，并與電壓差的設(shè)定值進(jìn)行比較，一旦超出設(shè)定的極限值，就說(shuō)明傳感器已經(jīng)浸入水中，就會(huì)通過(guò)傳感器控制盒發(fā)出信號(hào)觸發(fā)氣瓶充氣閥。

2.4 電容式傳感器

電容式傳感器是根據(jù)不同介質(zhì)的電容特性不同的原理進(jìn)行檢測(cè)的。它通過(guò)探測(cè)介質(zhì)的電容特性分辨是否有介質(zhì)存在。電容是在傳感器和所處介質(zhì)之間形成的，當(dāng)電容傳感器探頭浸入液體時(shí)，電容會(huì)產(chǎn)生變化，將電容的變化值進(jìn)行轉(zhuǎn)換并輸出通斷信號(hào)即可實(shí)現(xiàn)入水檢測(cè)判斷。

3 自動(dòng)觸發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 了解自動(dòng)觸發(fā)技術(shù)

自動(dòng)觸發(fā)技術(shù)主要涉及控制邏輯、傳感器類型的選擇、傳感器安裝位置的選取等方面的關(guān)鍵技術(shù)。1） 控制邏輯。要研究自動(dòng)觸發(fā)與手動(dòng)觸發(fā)以及準(zhǔn)備開(kāi)關(guān)之間的邏輯關(guān)系。2）傳感器的選擇。要針對(duì)不同傳感器的技術(shù)特點(diǎn)和直升機(jī)構(gòu)型的特點(diǎn)，選擇合適的傳感器類型。3）傳感器安裝位置。要針對(duì)水上迫降的特點(diǎn)、直升機(jī)構(gòu)型情況和傳感器觸發(fā)原理等方面的內(nèi)容，選擇相對(duì)合理的位置進(jìn)行安裝。

3.2 傳感器的選擇

不同類型的傳感器有不同特點(diǎn)，應(yīng)用程度也不同，4種類型傳感器的對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 傳感器對(duì)比表

通過(guò)對(duì)比不同傳感器的特點(diǎn)，考慮到浮力式傳感器的重量和體積較大、技術(shù)較為落后，電容式傳感器應(yīng)用效果有不確定因素需要驗(yàn)證等問(wèn)題，推薦在Z-9系列直升機(jī)上應(yīng)用光敏式傳感器或熱敏式傳感器。

3.3 傳感器的安裝位置

傳感器安裝位置直接決定了自動(dòng)觸發(fā)的使用效果，位置如果不合理會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)觸發(fā)功能不工作、工作延遲或誤觸發(fā)等問(wèn)題。傳感器安裝位置一般應(yīng)符合以下要求：安裝位置周圍空間開(kāi)敞，水的浸入不受任何阻擋；安裝位置應(yīng)保證在直升機(jī)落水時(shí)傳感器較早地接觸水面，以便第一時(shí)間發(fā)出觸發(fā)信號(hào)；安裝位置的周圍不應(yīng)存在任何可能導(dǎo)致積水的結(jié)構(gòu)；安裝位置不能處于杯狀空間內(nèi)，避免落水瞬間形成空氣空腔。針對(duì)Z-9系列直升機(jī)的構(gòu)型特點(diǎn)，結(jié)合傳感器安裝位置選擇要求，Z-9直升機(jī)上的最佳安裝位置為主起落架艙內(nèi)，這個(gè)位置空間開(kāi)敞，可以保證第一時(shí)間觸發(fā)。

4 自動(dòng)觸發(fā)控制邏輯

根據(jù)直升機(jī)應(yīng)急漂浮系統(tǒng)的使用特點(diǎn)，由于直升機(jī)飛行過(guò)程中只有準(zhǔn)備或即將執(zhí)行水上飛行任務(wù)時(shí)，才需要應(yīng)急漂浮系統(tǒng)處于隨時(shí)可以觸發(fā)的狀態(tài)，其他飛行任務(wù)不需要使應(yīng)急漂浮系統(tǒng)處于該狀態(tài)，所以為了防止浮筒自動(dòng)觸發(fā)的誤操作，自動(dòng)觸發(fā)控制也應(yīng)該受到控制盒上的準(zhǔn)備開(kāi)關(guān)的限制。自動(dòng)觸發(fā)控制和原有的由正駕駛總矩桿充氣按鈕、副駕駛總矩桿充氣按鈕和控制盒充氣按鈕組成的手動(dòng)觸發(fā)控制是并列關(guān)系，任何一路觸發(fā)信號(hào)啟動(dòng)都可以使氣瓶打開(kāi)，觸發(fā)浮筒充氣功能。

應(yīng)急漂浮系統(tǒng)的準(zhǔn)備開(kāi)關(guān)位于控制盒上，只有將準(zhǔn)備開(kāi)關(guān)置于“激活”位置時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)和手動(dòng)觸發(fā)的功能才能實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)觸發(fā)傳感器一旦檢測(cè)到直升機(jī)入水的信息，就會(huì)將信號(hào)傳遞給傳感器的控制盒，控制盒將輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、判斷、放大等處理后，將觸發(fā)電源信號(hào)傳輸?shù)綒馄康某錃忾y，使氣瓶充氣閥打開(kāi)，觸發(fā)浮筒充氣功能。

5 結(jié)語(yǔ)

近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外正在研制和已經(jīng)交付的多個(gè)機(jī)型中均在應(yīng)急漂浮系統(tǒng)中引入了自動(dòng)觸發(fā)的功能，該功能的引入不僅補(bǔ)充了一種直升機(jī)應(yīng)急漂浮系統(tǒng)的操作手段，提高了應(yīng)急浮筒的觸發(fā)可靠性，也提高了直升機(jī)水上飛行的安全性能，必將成為直升機(jī)應(yīng)急漂浮系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)配置。但是，自動(dòng)觸發(fā)作為一項(xiàng)較新的課題，還有許多方面需要我們繼續(xù)研究。