万荣根,刘忠乐,卢 迪

(1.陆军装备部航空军事代表局驻景德镇地区航空军事代表室,江西 景德镇 333000;2.陆军装备部航空军事代表局驻株洲地区航空军事代表室,湖南 株洲 412000)

1 故障案例

机身短翼外挂系统的功能由最初的单纯挂载副油箱提高直升机航程扩展到可以挂载多种武器,可以让直升机执行更加广泛的任务[1-2]。外挂系统的失效影响直升机的性能及打击能力[3]。一直升机在进行外挂投弃控制板试验试飞科目过程中,第一次起落时机上外挂投弃控制板和外挂吊舱均不加电,机上情况正常;第二次起落机上外挂投弃控制板和外挂吊舱加载应急电源、正常电源,飞行后正常着陆,试飞过程中未发现异常。飞行后进行机务检查时发现,内侧挂点吊舱挂架及吊舱意外脱落。事后下载飞参数据并经技术分析,确定外挂吊舱丢失于飞机着陆前3～5分钟时间段。

2 故障原因分析

故障机地面复现试验采用2个投放夹具替代吊舱挂架,悬挂在直升机左右内侧挂点位置。当直升机加载正常电源、应急电源,在未进行任何投弃操作的情况下,投放夹具自动脱落。试验重复两次,故障均复现。因此,分析判断该投放夹具自动脱落的原因是外挂投弃控制板在未进行任何投弃操作的情况下,对左右内侧挂点位置挂弹钩仍有投弃信号输出。在对外挂投弃控制板进行分解检查时发现,外挂投弃控制板盒体内有焦糊味,矩形电连接器引出的导线束中7号导线(正常供电控制线)、8号导线(应急供电控制线)烧蚀严重,而导线束中5号导线(内侧应急投弃控制线)与7、8号导线间已被烧蚀短路(其他导线与7、8号导线存在不同程度粘连)。因此当直升机加载正常,应急电源(7、8号导线加电),5号导线便短路带电,其对应的继电器K3即工作输出投弃信号,导致直升机左右内侧挂点挂弹钩开钩,投放夹具脱落。烧蚀导线简化电路如图1所示。

图1 烧蚀导线示意图

综上分析,吊舱挂架及吊舱的脱落亦是外挂投弃控制板矩形电连接器7、8号导线与5号导线间烧蚀短路所造成的。根据导线烧蚀情况判断,7、8号导线曾有大电流经过。

7、8号导线系外挂投弃控制板矩形电连接器配带导线,其额定通过电流为3.7 A。而在外挂投弃控制板中,7、8号导线设计通过最大控制电流为(机上同时对直升机左右内、中、外挂点进行投弃操作时):

(1)

因此导线选型满足设计需求,在正常工作状态下,7、8号导线所经过的电流不会引起导线的烧蚀。

综上分析,判断系统中存在大用电负载,潜在回路产生大电流,将7、8号导线烧蚀。

3 机理分析

通过对外挂投弃控制板电气原理图的分析发现,外挂投弃控制板矩形电连接器7、8号导线共同连接于钮子开关S1(单刀型开关)前端。在机上“正常供电”、“应急供电”同时供给的情况下,通过7、8号导线的电流主要为进行投弃操作时通过继电器线圈的控制用电,其强度不大于0.33 A(当同时对机上左右内、中、外侧挂点进行投弃操作时),不会造成导线的烧蚀;而当机上不关闭吊舱、显控等设备用电通路而直接关闭正常供电总电门,应急电源将通过7、8号导线向吊舱、显控等设备供工作用电,形成潜在工作回路,如图2中粗线所示。

根据飞行记录,潜在工作回路上的用电负载包括高低频吊舱、微米波吊舱、显控等。计算潜在工作回路上的电流强度如表1所示

从表1可以看出,当机上不关闭吊舱、显控等设备用电通路而直接关闭正常供电总电门,通过7、8号导线的电流已达到22 A,大大超过了导线额定电流3.7 A,使导线烧蚀。由此断定7、8号导线共同连接于钮子开关S1前端,使机上“正常供电”、“应急供电”相互连通,在机上不关闭吊舱、显控等设备用电通路而直接关闭正常供电总电门的情况下形成潜在工作回路,是导致大电流产生的主要原因。

该吊舱挂架原状态简化电气原理如图3所示。从图3可以看出,原状态电路设计“正常供电”和“应急供电”为分路控制,形成并联关系,对挂弹钩输出前,通过V9、V10二极管对投放电路进行了隔离,因此不存在形成潜在供电通路的情况。但后期对外挂投弃控制板开关、电连接器和面板标识等进行了设计更改。更改设计将原双刀型改为了单刀型,使“正常供电”和“应急供电”合并位置发生了改变。而为避免V9、V10二极管降压对继电器的工作造成影响,设计更改时未对V9、V10二极管位置进行相应调整,导致隔离措施失效,形成潜在回路。因与主机在机上供电时序的沟通上存在偏差,对外挂投弃控制板的通电检查只进行了正常电源、应急电源同时加电检查,未能发现潜在工作回路的存在。综上分析,本案例吊舱挂架意外脱落的根本原因在于设计更改后的双电源隔离措施失效。

图3 原状态电气原理图

为进一步确定故障原因,针对外挂投弃控制板导线烧蚀的情况,根据表1对通过7、8号导线电流的计算结果,对烧蚀导线耐受电流的能力进行了摸底试验。试验使用28 V直流电源,受试导线与烧蚀的7、8导线同牌号、同规格。试验的方法是对受试导线加载不同强度的电流,观察线皮的反应,从而判断其耐受电流的能力。

试验表明:受试导线加载25 A电流,通电2 s导线线皮即融化冒烟,出现烧蚀情况。试飞数据分析确认:故障发生时正常汇流条保持了18 s的20 V电压输出的情况,计算出故障发生时间段,线路上的总电流高达28.72 A。

综合试飞数据分析及摸底试验结果可以看出,故障发生时线路上的电流足以将7、8号导线烧蚀,试验结论与机理分析中的结果一致,证明对故障的定位准确。

4 纠正措施及验证

4.1 纠正措施

根据问题原因、机理分析的结果,对外挂投弃控制板的设计方案进行完善设计,并对采用隔离措施的有效性进行充分的论证。本文提出的主要完善措施有:

1)恢复双刀型钮子开关设计(开关S1);

2)通过K8继电器及V9、V10二极管构成线路隔离的双保险。

完善后的设计方案电路原理图如图4所示。

图4 完善后的设计方案电路原理图

从图4原理图中可以看出,只要机上给外挂投弃控制板供正常电源,K8继电器即工作,使触点置常开端,实现正常电源与应急电源的隔离。即使在后级电路中正常电路、应急电路因器件故障出现短接情况,V9、V10二极管依然能保证电源的相互隔离。完善后的设计方案采取了有效的隔离措施,消除了潜在回路的存在。

4.2 验证试验

为验证完善后设计方案采用隔离措施的有效性,首先进行了摸底验证试验。试验模拟吊舱挂架及外挂投弃控制板在机上出现故障时的供电状态。首先对外挂投弃控制板XP1电连接器(与直升机对接接口)“电源正”信号线加载28 V直流电,检测“应急投弃”信号线对地电压情况;然后对“应急投弃”信号线加载28 V直流电,检测“电源正”信号线对地电压情况。试验结果为:当在XP1电连接器“电源正”信号线上加载28 V直流电,“应急投弃”信号线上无对地电压;当在XP1电连接器“应急投弃”信号线上加载28 V直流电,“电源正”信号线上无对地电压。结果证明,完善后的设计方案隔离措施有效,“正常供电”、“应急供电”线路间不存在潜在回路,满足了 “投放电路具有隔离措施” 的要求。

其次进行了安全性试验。安全试验主要包括高温工作试验、低温工作试验、温度冲击试验、振动功能试验、冲击试验、加速度试验、电源特性试验、电磁兼容试验等挂飞安全性试验。在进行电源特性试验中的电源尖峰试验时产品出现了故障:当对外挂投弃控制板施加300 V的负尖峰时,该外挂投弃控制板投弃允许指示灯熄灭,电源尖峰试验故障。经分析,本次试验故障的主要原因为:电路中未对电源尖峰进行抑制处理,导致外挂投弃控制板内V8二极管损坏。针对电源尖峰试验故障采取的纠正措施是:在电源的输入端增加瞬态电压抑制二极管SY5656A(如图4中D1、D2二极管所示),以将电压箝位到预定水平,对电路中其它器件进行保护。改进后的试验件顺利通过了电源特性试验。

最后进行机上地面联试。试验分三种情况进行:

1)机上给外挂投弃控制板供正常电源,进行直升机左右内、中、外挂点应急投弃,外挂投弃控制板功能正常;

2)机上给外挂投弃控制板供应急电源,进行直升机左右内、中、外挂点应急投弃,外挂投弃控制板功能正常;

3)机上给外挂投弃控制板同时供正常、应急电源,进行直升机左右内、中、外挂点应急投弃,外挂投弃控制板功能正常。

故障现象消失,证明改进措施有效。