固定翼轻型运动飞机动力系统可靠性评估研究

王卉 孟想 佀庆民 付帅 张黎

摘   要：通过对固定翼轻型运动飞机动力系统进行故障模式及影响分析，得出了固定翼轻型运动飞机的故障模式以及故障原因，并分析故障导致的后果和影响以及严酷度等级，并针对故障模式提出了改进措施，为提高固定翼轻型运动飞机动力系统的可靠性提供依据，对通航飞机产品安全评估具有较大理论与实践价值。

关键词：固定翼轻型飞机  故障类型及影响分析  故障树分析  关键部位

中图分类号：V271                                   文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（c）-0002-02

1  引言

固定翼轻型运动飞机是由动力装置产生推力，指起飞重量不超过600kg（水上起降不超过650kg）的单座或双座轻型飞机。其机体结构主要包括机身、机翼、尾翼、起落架等部件。目前，固定翼轻型运动飞机市场越来越大，产品层出不穷，其质量较轻、尺寸较小、载人较少，发展迅猛[1-2]。但是，在其蓬勃发展的同时，事故率也较高，例如2019年6月俄罗斯一轻型飞机发生坠毁事故，导致1人致死，1人重伤;10月墨西哥西部发生一起轻型飞机坠毁事故，造成5人死亡。

2  飞机动力系统可靠性评估方法

对轻型运动飞机动力系统的可靠性评估是衡量电源系统可靠性是否达到预期设计目标和促进可靠性增长的重要途径，一般可采用FMECA（故障类型及影响和危险度分析）来定性定量评估飞机动力系统可靠度。运用FMECA从而确定系统易出故障的薄弱环节和关键部分，有助于轻型运动飞机可靠性研究的体系化[3-4]。

3  固定翼輕型运动飞机可靠性评估应用

3.1 FMECA分析

固定翼轻型运动飞机动力结构包括电动机、继电器、锂电池、螺旋桨[5]。进行FMECA分析时，先进行FMEA分析，用归纳分析法对系统进行定性分析。

另外，根据CA分析对严酷度等级Ⅰ、Ⅱ级进行重点C分析。

3.2 评估结果分析

由表1可知，轻型运动飞机动力系统中电动机线路外皮老化或磨损造成的绕组短路和单项断路造成的缺项运行以及继电器线路外皮老化或磨损造成线圈短路的严酷度等级最高。

表2对该动力系统各部件严酷度等级为Ⅰ、Ⅱ级进行重点分析。由评点法进行分析，Ci取值参照“求和评点”Ci取值划分表。对于电动机线路外皮老化或磨损造成的绕组短路，可能会使电动机停止工作，并使其自身功能丧失，最终危机飞机安全，可通过万用表测量阻值进行故障检测，增加线路外皮强度，定期检查更换来防止故障，由Cr=∑inCmi得Cmi=2.2809，所以其故障等级为Ⅰ级。

同理，在电动机中，绕组短路及缺项运行的Cmi相加为2.5977，产品危害度为Ⅰ级，转子导体断条的Cmi为0.1901，产品危害度为Ⅱ级;在继电器中，线圈短路的Cmi为4.9369，产品危害度为Ⅰ级，通电后触点不吸合及断电后触点不释放的Cmi为0.2984，产品危害度为Ⅱ级;在锂电池中，锂电池的过充、过热、漏电的Cmi为1.515，产品危害度为Ⅱ级。

可见，动力系统任一部件发生故障都可能影响任务完成度，更严重的甚至会影响飞机的安全情况。

4  结论

本文对近年来通航飞机进行数据统计并对电动固定翼轻型运动飞机运用FMECA进行定性定量分析，可得出以下结论：

（1）通航发展迅猛，但事故率高，且与飞机可靠性关系密切。

（2）根据FMEA分析了固定翼电动轻型运动飞机的故障模式以及故障原因，并分析计算了故障导致的后果及严酷度等级。

（3）根据FMECA分析可知，影响固定翼轻型电动飞机动力系统的关键部件是继电器，最主要原因是线圈短路。其次部件是电动机。

针对上述分析结果提出了相关补偿措施，对通航飞机产品安全评估具有科学理论研究价值。

参考文献

[1] 黄俊，杨凤田.新能源电动飞机发展与挑战[J].航空学报，2016，37（1）：57-68.

[2] 汪培佩，朱君.轻型运动飞机在航空植保作业方面的应用研究[J].黑龙江科技信息，2017（13）：36.

[3] 金镭，苗延青，胡涛.国内轻型运动飞机（固定翼）适航取证分析研究[J].航空标准化与质量，2016（6）：28-31.

[4] 朱君，杜颖慧，黄彦，等.浅谈初级类及轻型运动飞机适航管理[J].航空标准化与质量，2016（1）：35-41.

[5] 张龙，金镭.构建固定翼轻型运动飞机质量控制系统的思考[J].航空标准化与质量，2017（3）：32-35.

[6] 杨中书.基于故障危害度的飞机电源系统可靠性评估[J].通信电源技术，2016，33（1）：12-14，17.