智能型磁性屑末检测信号器

阳新元，吴红美

（1.直升机传动技术重点实验室，湖南株洲 412002；2.中国航发湖南动力机械研究所，湖南株洲 412002）

0 引言

直升机传动系统减速器内传动零件无论是正常磨损、加速磨损，还是初期破坏都涉及材料的迁徙，尽管它们在程度上是不同的。这些过程中产生的屑末，包含着磨损（或初期破坏）表面状况的信息。因此，一般在滑油系统中设置磁性屑末检测信号器用于监测滑油中的金属屑末，主要目的是通过监测齿轮、轴承和其他部件的磨损或故障而进入滑油中的各类磁性屑末及时监测出破坏的形式，特别是短时会发生重大继发性破坏的早期破坏形式。对于一般的磁性屑末检测信号器，因正常磨损产生的屑末聚集也可能将信号器的气隙短路，发出报警信号，而事实上并非故障信息。因此，如何更可靠、更准确地检测出故障信息成为磁性屑末检测信号器未来设计的一种趋势。

在国内，中国航空动力机械研究所和中国航空工业第二集团公司二四一厂研制了QCL-8 和QCL-9 型磁性屑末检测信号器，成功应用在“直11”直升机减速器上，其工作原理见图1。这种磁性屑末检测信号器工作可靠，因为正常磨损的屑末聚集和大颗粒屑末都可能引起磁性屑末检测信号器报警，不能辨别非故障信息和故障信息，降低了故障监测的准确性。

目前，国外已制造出智能型磁性屑末检测信号器，与传统的磁性屑末检测信号器相比，具有以下特点：熔化微小磁性屑末，消除或剔除正常磨损屑末引发的非故障信息来源；系统具有电路快速检查功能，可以判别内部电路的状态。下面介绍2 种在美国“黑鹰”直升机和意大利AB139 直升机上使用的智能型磁性屑末检测信号器。

图1 JS11 磁性屑末检测信号器工作原理

1 “黑鹰”上的磁性屑末检测信号器

根据有关资料，美国在20 世纪70年代中期就已经在“黑鹰”直升机传动系统上使用了智能型磁性屑末检测信号器。该磁性屑末检测信号器除了具有一般功能，信号器磁性检测头能吸附磁性屑末，将磁极间隙搭通，使磁性屑末检测信号器接通电路，驾驶舱警告/提示面板上的金属屑末报警灯亮；还具有燃烧微金属粒子绒毛的功能，它能熔化微金属粒子，防止它们聚集在磁极上接通金属屑末报警灯。该磁性屑末检测信号器还有一个常开的双金属温度开关，当滑油温度达到140 ℃时，开关接通使微金属粒子绒毛燃烧电容器经内部放电回路放电，这将防止当滑油温度高时在减速器内击穿。

“黑鹰”主减磁性屑末检测信号器的工作原理图见图2。工作原理：当在磁级间隙上聚集了很多微金属粒子，形成绒毛，尚未接通电路，使磁极间隙减小到一定值时，电容器（C1，C2）、二极管（D）与金属粒子绒毛组成放电回路，电容器放电产生瞬间强电流，使微金属粒子熔化成较大颗粒。当电容器放电完毕，通过L-C 回路再次对电容器充电。当滑油温度达到140℃时，温度开关闭合，两个电容器、二极管与温度开关形成闭合回路，电容器放电，使微金属粒子燃烧回路失效，这样防止了当滑油温度高时在减速器内击穿。“黑鹰”中尾减磁性屑末检测信号器的工作原理图见图3。工作原理与图2 相似。

图2 “黑鹰”主减速器磁性屑末检测信号器工作原理

图3 “黑鹰”中尾减速器磁性屑末检测信号器工作原理

2 AB139 上的磁性屑末检测信号器

意大利在AB139 直升机传动系统上使用的智能型磁性屑末检测系统原理见图4。该系统由主减上部磁性屑末检测信号器、主减油槽磁性屑末检测信号器1、主减油槽磁性屑末检测信号器2、中减磁性屑末检测信号器、尾减磁性屑末检测信号器，以及功率及控制组件组成。

图4 AB139 直升机传动系统磁性屑末检测系统原理

该系统除了具有一般功能，磁性屑末检测信号器磁性检测头吸附磁性屑末，将磁极间隙搭通，使磁性屑末检测信号器接通电路，驾驶舱警告/提示面板上的金属屑末报警灯亮；还能熔化微小金属屑末；还能检测系统内部电路的状态，确定电路是断开状态（由电路故障引起），或是正常状态。

系统熔化微小金属屑末的工作原理：当磁性屑末检测信号器磁极间吸附有较多金属屑末，无论是微金属粒子绒毛或大颗粒屑末，都将使磁极间隙接通，报警指示灯亮，发出报警信息。此时，飞行员可按下配置在驾驶舱面板上的“熔化命令”按钮，若磁极间是微金属颗粒（直径≤0.05 mm）绒毛，功率及控制组件放电，使绒毛熔化，报警指示灯灭，说明是非故障信息；若是大颗粒屑末（最小尺寸直径＞0.13 mm），则不能熔化，报警指示灯仍亮，说明是真实故障信息。

检测内部电路的工作原理：飞行前，飞行员可按下配置在驾驶舱面板上的关于内部电路检测的按钮，功率及控制组件通过在信号器上配置的30 kΩ 的内部连续性试验电阻检测电路的状态，并将检测结果反馈至ARINC429 界面上的MAU。AB139磁性屑末检测信号器的功能如下。

（1）监测由于齿轮、轴承和其他部件的磨损或故障而进入滑油中的各类磁性屑末以及时监测破坏的形式，特别是短时会发生重大继发性破坏的早期破坏形式。

（2）熔化微小金属屑末颗粒。与功率及控制组件（装在驾驶舱）配套，能熔化所有直径≤0.05 mm 的金属屑末，这个功能可判别和剔除因正常磨损屑末聚集而引起的报警，只有当金属屑末颗粒达到无法熔化的最小尺寸直径0.13 mm 时，即出现非正常磨损或剥落时才发出真正的报警信号。

（3）内部装有一个30 kΩ 连续性试验电阻，该电阻的用途是与功率及控制组件配套，检测内部电路的状态，确定电路是否出现了断路现象（由电路故障引起）。

3 磁性屑末检测信号器的比较

3.1 非智能性磁性屑末检测信号器

非智能型磁性屑末检测信号器功能比较简单，磁极间的金属屑（不管是正常磨损的微金属屑末还是大颗粒屑末）接通，金属屑末报警灯亮。

3.2 智能性磁性屑末检测信号器

智能型磁性屑末检测信号器有“黑鹰”与“AB139”两种形式，它们的不同之处总体有3 点。

（1）“黑鹰”每个磁性屑末检测信号器具有独立的微金属粒子绒毛燃烧功能，该过程是自动的，在正常磨损产生的微金属粒子绒毛使磁极间隙接通前被燃烧，金属屑末报警灯不会亮，只有当较大颗粒不能被燃烧时，金属屑末报警灯才亮。AB139 磁性屑末检测信号器只有与装在驾驶舱的功率及控制组件配套使用时才具有此项功能，多个磁性屑末检测信号器共用一个功率及控制组件，而且熔化微金属粒子的功能需通过手动指令来实现，只有在飞行员按下“熔化”命令时，磁性屑末检测信号器才熔化微金属粒子。一般是在磁性屑末检测信号器金属屑末报警灯亮时，飞行员按下“熔化”命令，根据报警灯是否熄灭来判别报警的真伪。

（2）“黑鹰”的磁性屑末检测信号器带有双金属的温度开关，AB139 直升机的磁性屑末检测信号器没有此项装置。

（3）AB139 的磁性屑末检测信号器比“黑鹰”多一项功能，检测内部电路的状态，内部装有一个30 kΩ 连续性试验电阻，该动作的实现需与功率及控制组件配套。

综上所述，“黑鹰”与AB139 的磁性屑末检测信号器各有特点。“黑鹰”每个磁性屑末检测信号器的微金属粒子燃烧功能虽是自动的，但这就要求每个磁性屑末检测信号器需配备有相关电路，显然使得磁性屑末检测信号器的重量增加。AB139磁性屑末检测信号器虽微金属粒子的熔化和内部电路的检测为手动的，且需与功率及控制组件配套使用，但它是飞机上所有的磁性屑末检测信号器共用一个功率及控制组件，这就减轻了每个磁性屑末检测信号器的重量，因此，不能简单的判断哪种磁性屑末检测信号器更先进，可以根据实际情况进行选取并研制。