直升机传动系统故障诊断研究

谭华平，王永昌，李建忠



直升机传动系统故障诊断研究

谭华平，王永昌，李建忠

（69008部队，新疆 五家渠 831300）

时代背景下，直升机在越来越多的行业领域发挥着重要作用。传动系统作为直升机整体控制系统的重要组成部分，一旦出现故障，就会对直升机运行安全产生严重影响。简单介绍阐述了直升机传动系统的结构及特点，主要分析了直升机传动系统的常见故障以及故障诊断方法，重点讨论了直升机传动系统故障诊断的有效性策略。

直升机；传动系统；故障检测；诊断研究

随着直升机应用范围逐渐扩大，人们越来越关注直升机的运行安全。故障是影响直升机运行安全的主要因素，而传动系统作为直升机主要控制系统之一，其故障诊断与处理是需要重点研究的问题。研究直升机传动系统故障诊断的意义在于准确而迅速地查找出直升机传动系统故障并排除，缩短维修时间，提高保障能力，确保飞行时间，促进预定飞行任务的圆满完成。

1 直升机传动系统结构及特点

在对直升机传动系统进行故障诊断之前，首先需要做的是了解并掌握直升机传动系统的结构及特点。它是直升机的主要控制系统之一，其作用在于为直升机运行提供动力。可以说，直升机传动系统的重要性不亚于直升机发动机。当前普遍应用的直升机，其传动系统结构可简述为“三器三轴”。“三器”包括主减速器、中间减速器、尾减速器；“三轴”包括动力输入轴、主旋翼轴以及尾传动轴。在传动系统当中，处于核心地位的当属主减速器。主减速器一般由行星齿轮减速器、改变运动方向的锥齿轮传动、离合器、刹车自动装置以及润滑系统组成，其功能为降低直升机发动机的高转速，使其转变为主旋翼的低转速。而中间减速器一般由一对螺旋锥齿轮组成，其功能为改变运动方向以及转速。尾减速器的结构与中间减速器相同，其功能为根据实际需要的转速将传输过来的功率提供给尾桨，以保证直升机在变换飞行姿态的情况下稳定飞行。动力输入轴、主旋翼轴以及尾传动轴共同组成传动轴，动力输入轴的功能为向主减速传递发动机功率；主旋翼轴的功能为向主旋翼传递主减速器传输过来的功率；尾传动轴的功能为向尾减速器传递功率。

当前，虽然直升机的应用范围在不断扩大，但是其主要应用领域还是军事领域。一旦直升机传动系统发生故障，就会带来严重后果。因此，需要解决传动系统中存在的故障问题，并使传动系统具有生存能力强、功率重量比高、可靠性强、维护性良好的特点。

2 直升机传动系统常见故障及诊断方法

2.1 主减速器故障及诊断方法

主减速器故障主要为漏油故障。漏油故障可分为两种，一种是动密封漏油，另一种是静密封漏油。在主减速器工作初期，由于需要实施润滑以防止动密封磨损的发生，所以此阶段出现漏油现象属于正常现象。在观测到并未出现动密封磨损的情况下，倘若主减速器工作一段时间后仍旧出现漏油现象，则根据故障诊断手册对动密封漏油原因进行诊断。当发现由于密封圈位置偏离或者产生卡伤而出现漏油现象时，则可诊断为静密封漏油故障。

此时，要消除故障，需要对密封圈位置进行调整或者更换新的密封圈。如果更换之后仍旧漏油，则检测是否是固定齿圈处漏油。检测结果是固定齿圈的问题时，则进行返厂检查。此外，主减速器故障还有检测膜片联轴节裂纹或鼓起。此故障诊断方法为听膜片联轴节运行是否出现异常声音。如果出现异常声音，则可诊断为膜片联轴节裂纹或鼓起。在裂纹严重或者鼓起部分超出其他部分二分之三时，需要对其进行更换。

2.2 主旋翼轴故障及诊断方法

主旋翼轴故障主要包括封严皮碗漏油、连接螺栓磨损、碳化钨涂层剥落等故障。封严皮碗漏油故障虽然经常发生，但是并不会对直升机飞行产生破坏性的影响。此故障诊断方法为目视检查，主要检查排水孔周围是否有油迹。如果有，则可诊断为封严皮碗漏油故障。排除此故障，只需更换皮碗。但需要注意的是，要将主旋翼轴单独分离出来。连接螺栓磨损故障诊断与封严皮碗漏油故障诊断的诊断方法相似，都为目视检查，主要检查桨毂处是否出现磨损。如果发生，则诊断为此故障。碳化钨涂层的主要作用在于优化主旋翼轴性能，但碳化钨涂层故障并不属于多发性故障。

2.3 尾传动轴故障及诊断方法

值得一提的是，即使正常运行情况下尾传动轴发生故障，直升机尾翼也能够保证直升机安全稳定落地。尾传动轴故障主要为花键表面涂层剥落故障，其诊断方法为目视检查，主要检查涂层是否存在缺陷、是否由于花键磨损而导致传动失灵。一旦发现花键受损，则可诊断为涂层剥落故障。要排除此故障，需要更换花键处的部分传动轴。

尾减速器故障主要包括封严皮碗漏油以及输出端齿轮轴花键揉伤。在直升机运行状态下，发现尾减速器漏油时，检测是否出现皮碗唇口磨损、轴承螺栓是否拧紧。如果皮碗唇口磨损严重，则需更换皮碗，且需要根据更换之前的磨损情况涂滑油，避免故障短时间内再次出现；如果轴承螺栓松动，则需要将其拧紧，否则就会引起震动，从而导致弹簧脱落。此外，在直升机传动系统正常运行状态下，检测尾桨部分是否出现晃动。如果有晃动现象发生，需要检测尾减速器输出端螺栓与螺母是否松动。如果螺栓、螺母松动，则诊断故障为花键揉伤。

3 直升机传动系统故障诊断有效性策略

3.1 应用虚拟仿真技术

所谓虚拟仿真技术，就是一种模拟系统结构及其运行环境的技术。在直升机传动系统故障检测系统中应用虚拟仿真技术，能够突破目视检查、统计分析以及故障物理模拟等传统故障诊断方法的局限性，将故障建模、故障注入以及直升机传动系统性能仿真相结合，以模拟直升机传动系统结构及其运行环境为手段，通过分析直升机传动系统各个结构的失效模式及其表现形式，在直升机传动系统原有功能模型的基础上，构建直升机传动系统故障仿真模型，分析并获得各个结构故障对直升机及其传动系统运行造成的影响，实现对直升机传动系统各类故障的虚拟诊断。利用虚拟仿真技术进行直升机传动系统的虚拟故障诊断，能够高效且经济地确定直升机传动系统的相关故障信息，同时可生成直升机传动系统故障诊断信息矩阵，提供诊断检测点选择建议，为实物检测及故障诊断提供参考资料。

3.2 加强故障诊断管理

所谓故障诊断管理，就是充分利用各种管理智能、技术手段优化组合人、技术以及信息等诸多因素，以实现设备系统最佳状态、高效率运行及维修目的。在加强直升机传动系统故障诊断管理的过程中，基于管理标准、技术标准、管理定额以及技术档案与传动系统资料，建立状态数据库、结构库以及知识库。通过所建立的数据库，对每次巡检测试的数据进行振动幅值、轴位移、温度等参数的趋势分析、频谱分析、特征对比以及类比分析，发现直升机传动系统运行过程中的异常现象，预测直升机传动系统故障，及时调整监测策略，为直升机传动系统故障维修提供信息。此外，吸收直升机传动系统运行信号，获得故障维修后的标准谱图，为运行期间的故障诊断提供依据，并运用数据采集器对直升机传动系统故障部分进行测试，归类存储故障频谱、轨迹等特征参数，并做故障测试分析报告。

3.3 严格落实故障诊断制度

直升机故障诊断制度是直升机传动系统故障诊断工作的重要保障。在严格落实直升机故障诊断制度的过程中，早期诊断直升机传动系统故障征兆及原因，及时报警，采取应急措施，以杜绝直升机传动系统运行事故的发生，减少直升机传动系统故障停机损失以及非计划停机维修；长期监测直升机传动系统运行状态、工作状况，基于此，安排直升机传动系统故障诊断计划，实现状态诊断，减少诊断次数，缩短诊断时间；诊断出飞机传动系统异常原因、缺陷部位，尽早确定诊断项目，做好超前准备，防止过剩诊断，减少诊断中的等待时间。

3.4 提高故障诊断人员综合素质

在提高直升机传动系统故障诊断人员综合素质的过程中，配置专职直升机传动系统故障诊断技术岗位，同时，做好技术岗位人员的福利保障工作；借助新媒体向直升机传动系统故障诊断人员普及直升机传动系统故障诊断知识，大力宣传直升机传动系统故障诊断的成果，从而形成勤思考、善诊断的工作气氛。此外，定期、不定期对直升机传动系统故障检测人员进行培训与考核，以提高其故障诊断能力。

4 结语

综上所述，直升机传动系统结构为“三器三轴”，良好的直升机传动系统应当具备生存能力强、功率重量比高、可靠性强、维护性好等特点。直升机传动系统常见故障包括主减速故障、主旋翼轴故障、尾传动轴故障以及尾减速器故障，这些故障的具体诊断方法应当根据实际传动系统运行情况而定，而不可盲目诊断并下结论。要提高直升机传动系统故障诊断的有效性，需要在故障诊断过程中应用虚拟仿真技术、加强故障诊断管理、严格执行故障诊断制度、提高故障诊断人员的综合素质。本文对直升机传动系统故障诊断的研究尚存在不足之处，如发现错误，还希望诸位予以指正。

［1］徐英帅，王细洋，孙伟，等.直升机动力传动系统故障诊断方法［J］.失效分析与预防，2012，7（2）：77-81.

［2］罗慕成，李波，林雨生.某型直升机飞控系统故障诊断的研究［J］.机械研究与应用，2018，31（2）：130-133，137.

［3］张伟瑞，徐伟，李志异.某型直升机自驾仪典型故障分析与排除［J］.内燃机与配件，2018（13）：167-170.

［4］李耀华，王星州.直升机齿轮箱故障诊断方法［J］.机械科学与技术，2018，37（10）：1628-1633.

2095－6835（2019）03－0134－02

V267

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.03.134

〔编辑：严丽琴〕