淺談S76C+直升機(jī)引氣加溫系統(tǒng)原理及排故經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

付大鵬

摘要：直升機(jī)引氣加溫系統(tǒng)是寒冷運(yùn)行環(huán)境下，客艙內(nèi)部環(huán)境溫度調(diào)節(jié)的關(guān)鍵保障，近年來(lái)隨著我隊(duì)直升機(jī)的服役年限增大，引氣加溫故障愈發(fā)頻繁。尤其是對(duì)于長(zhǎng)期執(zhí)行海上救助任務(wù)的航空器，相關(guān)零部件長(zhǎng)期吸入高鹽、高濕度的低空海洋大氣，故障問題尤為突出。因此，對(duì)于引氣加溫系統(tǒng)原理的探討、排故經(jīng)驗(yàn)總結(jié)、相應(yīng)檢查控制措施的提出，對(duì)保障救助直升機(jī)飛行安全有相當(dāng)重要的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：直升機(jī);維修

1概述

引氣加溫系統(tǒng)雖然不屬于適航限制項(xiàng)目，但也一定程度上影響著機(jī)組的操作舒適度，關(guān)乎著飛行安全。因?yàn)槭羌儥C(jī)械控制可靠程度較高，加之不屬于關(guān)鍵系統(tǒng)，維修方案中對(duì)于引氣加溫系統(tǒng)并沒有規(guī)定定期檢查項(xiàng)目，然而隨著直升機(jī)老舊，加溫系統(tǒng)的故障也越來(lái)越多的出現(xiàn)。

2系統(tǒng)原理概述

2.1電子器件控制

電子器件通過關(guān)斷閥門，壓力開關(guān)，實(shí)現(xiàn)對(duì)加溫氣流從初始節(jié)點(diǎn)的控制，保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。功率裕度充足時(shí)，關(guān)斷閥門斷電打開，輸出熱空氣到后方氣動(dòng)溫度控制回路。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)功率裕度不足時(shí)（發(fā)動(dòng)機(jī)壓力開關(guān)或系統(tǒng)總壓力開關(guān)感受到壓力小于7PSI，或發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下N1>99%），關(guān)斷閥門通電關(guān)閉，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣被節(jié)流，無(wú)法到達(dá)后方氣動(dòng)控制回路，引氣加溫系統(tǒng)停止工作，以保障直升機(jī)飛行安全。引氣咨詢警告（ENGBLEEDAIR）是系統(tǒng)在駕駛艙的唯一指示，在系統(tǒng)總壓力正常時(shí)點(diǎn)亮。

2.2氣動(dòng)控制回路

由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的熱空氣分為兩路，一路小氣流用于控制，另一路大氣流用于輸出供氣。用于控制的小氣流首先通過壓力調(diào)節(jié)器，實(shí)際上是一個(gè)減壓閥，將壓力減小到適當(dāng)大小，并保持一定基礎(chǔ)壓力不變后通過過客艙頂部氣路的ON/OFF開關(guān)，當(dāng)開關(guān)在ON位時(shí)，氣體得以通過進(jìn)入溫度控制回路，并為溫度調(diào)節(jié)管路和閥門控制管路供壓。溫度調(diào)節(jié)管路通過頭頂部的溫度調(diào)節(jié)開關(guān)與外部相連，當(dāng)選擇溫度調(diào)調(diào)大時(shí)，與外部相連的通孔變小，管路中壓力在供壓壓力的作用下變大，同時(shí)作用于溫度傳感器的上段。溫度傳感器插入消音器中，感受氣體溫度，并把溫度轉(zhuǎn)換為壓力，該壓力作用于溫度傳感器的下端和溫度調(diào)節(jié)管路中的壓力在溫度傳感器中反方向作用，在阻尼彈簧的作用下控制外部空氣對(duì)閥門控制壓力管路中氣體的摻混，形成的閥門控制壓力直接作用于混合活門，控制管道中熱空氣的進(jìn)氣量。

溫度傳感器在氣路溫度控制中發(fā)揮閉環(huán)負(fù)反饋控制作用：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行功率增大造成引氣溫度升高，管道內(nèi)空氣溫度高于目標(biāo)溫度時(shí)，溫度傳感器原有的內(nèi)部力平衡被打破，外部空氣進(jìn)入量增大，閥門控制壓力降低，熱空氣進(jìn)入量減小，管道溫度降低，溫度轉(zhuǎn)換壓力變小，最終在管道溫度降低后形成新的平衡;反之亦然。以此來(lái)保障管道內(nèi)氣體溫度基本恒定，不會(huì)大幅度跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)功率變化。

2.3誤差分析

溫度控制是典型機(jī)械傳感器實(shí)現(xiàn)的模擬控制，全程沒有任何計(jì)算機(jī)參與，溫度傳感器內(nèi)部的彈簧阻尼結(jié)構(gòu)就造成了在進(jìn)氣溫度變化時(shí)，初態(tài)和末態(tài)的形變量不同，也就造成了彈簧力不同，在末態(tài)達(dá)到平衡時(shí)與之對(duì)應(yīng)的壓力平衡也不一樣，造成了溫度調(diào)節(jié)的誤差。此外彈簧壓緊力也影響著系統(tǒng)調(diào)溫表現(xiàn)，壓緊時(shí)系統(tǒng)靈敏度降低：

經(jīng)Matlab模擬仿真可以發(fā)現(xiàn)，靈敏度越高，目標(biāo)值和輸出值越接近，但是達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間就越長(zhǎng)，系統(tǒng)超調(diào)量，穩(wěn)定時(shí)間也會(huì)越大，震蕩幅度也越大，實(shí)際應(yīng)用中可能會(huì)失控。

就單純的目標(biāo)與輸出反饋相比較，如果傳感器轉(zhuǎn)換壓力等于溫度調(diào)節(jié)管路中的壓力，則彈簧彈力就會(huì)直接產(chǎn)生最小形變，得到最大的管道溫度，管道溫度也會(huì)使轉(zhuǎn)換壓力升高，所以不可能形成穩(wěn)態(tài)。也就是目標(biāo)與輸出反饋的差值驅(qū)動(dòng)著混合閥門的作動(dòng)，穩(wěn)定狀態(tài)下二者無(wú)法相等，這就是系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

除此之外，還有溫度傳感器輸入輸出是否線性，混合活門開度與控制壓力是否成正比等方面同時(shí)制約著溫度控制的精確。系統(tǒng)溫度控制是一個(gè)非精密的氣動(dòng)閉環(huán)負(fù)反饋?zhàn)詣?dòng)控制回路，存在固有誤差。

4排故經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

排故首先應(yīng)該同飛行員溝通確定故障現(xiàn)象，了解故障發(fā)生的時(shí)間，飛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，有無(wú)其他異常情況等信息，目視檢查連接管路等重要節(jié)點(diǎn)。如果都無(wú)異常，則通過地面試車，檢查是否有引氣咨詢警告，拔出系統(tǒng)控制跳開關(guān)，電子系統(tǒng)在加溫控制中只起保護(hù)切斷作用，從有無(wú)熱風(fēng)可以看出氣路故障還是電路故障。如果有熱風(fēng)：則可以確定是電子系統(tǒng)非法干預(yù)，排故方案應(yīng)傾向于更換低壓開關(guān)、相關(guān)繼電器、電子線路測(cè)量等，例如單發(fā)壓力開關(guān)故障，導(dǎo)致系統(tǒng)認(rèn)為單發(fā)壓力不足，關(guān)斷了整個(gè)加溫系統(tǒng)氣路;有風(fēng)不熱或者沒有風(fēng)：則可以確定為氣路控制管路或控制元件故障，或者兩個(gè)引氣關(guān)斷活門常閉（幾率很小），例如：B-XXXX直升機(jī)曾發(fā)生控制氣體進(jìn)入控制回路的On/Off開關(guān)后方管路斷裂，導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作的故障。排故對(duì)策：再次檢查主減艙，行李艙消音器上，各個(gè)元件管口連接處管路，確認(rèn)無(wú)泄漏后，根據(jù)引氣咨詢警告情況，確定系統(tǒng)壓力狀態(tài)：壓力不足，則大概率為管路泄露，重點(diǎn)檢查相關(guān)管路接口部位氣密情況;壓力充足則著重對(duì)氣動(dòng)元件進(jìn)行更換排故。

5維護(hù)建議

引氣加溫故障通常有一定隱蔽性不易排出，且隨著機(jī)型老舊不斷頻發(fā)。建議在《機(jī)型維修方案》中增加定期檢查項(xiàng)目：結(jié)合飛機(jī)年檢對(duì)系統(tǒng)中管路進(jìn)行定期檢查，對(duì)消音器內(nèi)部情況進(jìn)行內(nèi)窺鏡孔探，更進(jìn)一步也可以按照維護(hù)手冊(cè)排故圖解，準(zhǔn)備相關(guān)能產(chǎn)生固定壓力氣體的工具，定期對(duì)氣動(dòng)元件進(jìn)行功能測(cè)試。

參考文獻(xiàn)：

[1]Sikorsky.S-76C+/C++ Maintenance Manual[M].2019.

[2]劉金錕.先進(jìn)PID控制及其Matlab仿真.北京：電子工業(yè)出版社，2003.59-176.