浅谈航空装备机械故障主要特点及预防措施

2024-03-16汪永琴

中国设备工程 2024年3期

汪永琴

（中国航发哈尔滨东安发动机有限公司，黑龙江哈尔滨 150000）

航空装备机械故障是指在航空器的设计、制造、维护或操作过程中出现的故障，导致飞行安全受到威胁或损害的事件。这些事故可能由多种原因引起，包括设计缺陷、材料疲劳、制造错误、不当维护、操作失误等，由于航空器的复杂性和严格的要求，机械故障可能会导致灾难性后果，危及机组人员的生命安全。对航空装备机械故障的特点进行充分的研究和分析，掌握航空装备机械故障发生的规律，即使在出现危险的情况下，也可以采取有效的应急、应对措施，将风险降至最低，保障人民的生命财产安全。

1 航空装备常见的机械故障

直升飞机机械故障是指在直升机的设计、制造、维护或操作过程中，机械部件出现功能失效、损坏、断裂、磨损等问题，从而导致直升机无法正常工作或者引发安全风险的情况。机械故障可能涉及直升机的各个系统和组件，常见的机械故障包括：（1）发动机故障。包括发动机失效、燃料供应问题、点火系统故障等。（2）传动系统故障。涉及主减速器、尾减速器、中间减速器、传动轴等部件的故障，可能导致动力传递中断或异常。（3）旋翼系统故障。包括主旋翼桨叶损坏、操纵故障、尾桨故障、自倾故障等，可能影响直升机的操纵性和稳定性。（4）控制系统故障。涉及飞行控制系统、驱动系统及舵面操作系统故障，可能导致操纵困难和飞行不稳定。（5）起落架故障。包括起落架无法放下或收上、支撑结构损坏等，可能影响直升机的着陆和地面操作。（6）液压系统故障。包括液压泄漏、液压元件故障等，可能导致操纵系统无法正常工作。

2 航空装备机械故障主要特点

2.1 老旧飞机事故多

老旧直升机事故的发生率相对较高，这主要是由于老旧直升机在使用年限、技术水平和维护保养方面存在一些潜在问题。首先，老旧直升机可能经历了长时间的使用，其零部件和系统可能已经磨损、老化或失效，增加了机械故障的风险。比如，长时间的使用会使得直升机的结构和材料发生疲劳，如金属疲劳，导致零部件的

裂纹、变形或失效，进而影响飞行安全。长时间的运行会导致直升机各个机械部件的磨损，如轴承、齿轮、液压元件等，这些磨损可能影响系统的正常工作，甚至导致故障。直升机的零部件会随着时间的推移而老化，包括密封件、管路、电线等，老化的零部件可能失去原有的弹性和密封性能，引发故障。

其次，老旧直升机的技术水平可能相对滞后，随着科技的不断进步，航空器设计和制造技术也在不断改进和更新，老旧直升机可能无法满足现代飞行安全标准和要求，其结构性能和飞行特性可能与新型直升机相比有所差距。另外，老旧直升机的维护保养可能存在挑战。随着时间的推移，原始设备制造商可能不再提供支持和备件，维修团队可能面临零部件供应、技术支持和维护手册等方面的问题，导致维护不到位或者使用非原厂配件，进而增加机械故障的风险。例如，2018 年，美国纽约州一架老旧直升机在起飞后不久坠落，造成5 人死亡，调查结果显示，事故与压气机叶片脱落有关。2019 年，英国诺福克郡一架老旧直升机在飞行中失去控制并坠毁，造成4 人死亡，调查发现，事故与维修记录不完整和老化零部件有关。2020 年，巴西圣保罗州一架老旧直升机在执行任务期间坠毁，导致4 人死亡，调查结果显示，事故与操纵系统的故障有关。这些事故均是因为飞机老旧问题而引发的机械原因事故。

2.2 发动机质量出现问题

直升机发动机质量问题如果存在，很容易导致机械故障的发生，发动机作为直升机的核心部件，其性能和可靠性对飞行安全具有至关重要的影响。发动机质量问题可能导致动力输出不稳定、功率下降或完全失效，严重影响直升机的飞行性能和控制能力，可能导致事故。也可能导致关键零部件的失效，如传动轴、轴承、叶片等，这些故障可能引发其他连锁反应，导致直升机无法正常运行。

此外，发动机质量问题还会导致不平衡或振动加剧，不仅会给直升机本身带来损坏，还会对操纵性和飞行稳定性产生负面影响，增加事故的风险。发动机燃烧不稳定或过热，会引发火灾或爆炸，危及直升机及其乘员的安全。

常见的发动机质量问题包括：（1）零部件制造缺陷。材料不合格、制造过程中的错误或疏忽，以及加工或装配不当等问题，导致关键零部件的强度不足或尺寸不准确，从而影响发动机的性能和可靠性。（2）磨损和腐蚀。由于长时间使用或环境因素，发动机零部件可能出现磨损、腐蚀或氧化，降低零部件的功能性能并增加故障的风险。（3）油液问题。发动机的油液是保持正常运行所必需的，但存在油液泄漏、污染或循环不畅的问题可能会对发动机产生负面影响，不正确的油液供应和循环可能导致零部件磨损、润滑不良或过热等问题。（4）燃料供应问题。燃料是支持发动机燃烧的重要因素，燃料供应系统的故障可能导致燃烧不稳定、推力减小或完全失效。例如，燃油泵、喷嘴或供应管道的故障可能会引发严重的性能问题。（5）冷却系统问题。发动机冷却系统的故障可能导致温度过高，从而影响发动机的正常运行。例如，冷却液泄漏、冷却器堵塞或循环不良可能会导致发动机过热并降低性能。

近年来，因为发动机质量问题而引发的直升机事故不在少数，如2015 年，英国诺福克郡一架直升机在飞行中遭遇发动机火灾，迫降时撞击地面，造成4 人死亡，初步调查表明，事故与发动机故障有关。2016 年，美国夏威夷一架直升机在飞行中发生发动机故障，导致迫降并起火，造成所有5 名机上人员丧生。

2.3 危险性作业事故多

危险作业通常指直升机在复杂、高风险环境下执行任务，例如，悬崖救援、建筑施工、森林火灾扑救等。危险作业通常要求直升机在狭小的空间、恶劣的天气条件或高海拔等复杂环境中操作，这些环境会增加直升机受到的外部力量和挑战，使得机械故障的风险增加。危险作业可能需要直升机进行高负荷运输、吊装或长时间飞行，这对发动机、传动系统和旋翼等关键部件带来更大的应力，容易引发机械故障。危险作业还经常要求直升机频繁地进行起降、短时间内完成多次任务，限制了对飞机的维护和检查时间，增加了潜在的机械故障风险。此外，危险作业中常存在障碍物如树木、塔吊、电线等，以及与其他物体或地面的接触风险，如果直升机与障碍物或其他物体发生碰撞，可能会导致关键部件损坏或失效。

例如，2018 年印度尼西亚南苏拉威西省，一架直升机在进行输送人员的悬崖救援任务时坠毁，起火并爆炸，机上13 人全部遇难，据初步调查，机械故障可能是导致事故的原因之一，2019 年，美国阿拉斯加州巴里罗瓦地区，一架直升机在执行石油勘探任务时，发动机出现故障导致失控，事故造成3 名机组人员丧生。这些事件仅是近年来发生的一些例子，强调了直升机危险作业中机械原因事故的风险和重要性。为了减少这类事故的发生，各个环节都需要加强安全措施，包括飞行员培训、机械维护和检查、作业计划和风险评估等。此外，及时报告和调查事故，分享经验教训也能提高整个行业的安全意识和措施。

3 航空装备机械故障的预防措施

3.1 加强对航空装备的设计与管理

首先，确保直升机的结构设计满足或超过适用的航空标准和规范要求，通过使用先进的分析工具和技术，进行强度和应力分析，以验证直升机在飞行和负载条件下的结构安全性。进行疲劳寿命分析，考虑到直升机在运营过程中的振动、载荷和循环次数等因素，保证直升机的结构和部件在规定的使用寿命内具有足够的疲劳强度。其次，选择适当的材料以满足直升机的设计需求，包括强度、韧性和抗腐蚀性能，进行适当的材料处理和热处理，以确保材料的性能和可靠性。再次，在设计过程中考虑安全防护措施，例如，合理设置防护罩、保护盖、防火措施等，确保直升机在发生事故或故障时，能够最大程度地减少乘员和设备的损失。同时，进行系统级的集成设计，考虑到各个系统之间的相互作用和航空装备的整体性能，采用冗余设计，确保在部分系统故障的情况下，直升机仍能保持安全运行。另外，借助先进的技术和工具，例如，计算机辅助设计、仿真和虚拟测试等，提高设计的精度和可靠性，利用数字化技术和物联网等手段，实时监测和获取直升机的数据，以优化设计和维护过程。

3.2 提高航空装备的生产质量

首先，确保所有生产过程符合适用的航空工业规范和标准，包括材料选择、零部件加工、装配和测试等方面。其次，建立和执行完善的质量管理体系，例如，ISO9001 等认证，制定质量控制计划和检验程序，确保每个生产环节都受到严格监管和控制。使用先进的检测和测试设备，确保产品的质量和符合要求，包括非破坏性检测（NDT）、尺寸测量、强度测试等方面的设备。再次，提供必要的培训和技能提升机会，确保生产人员熟悉标准操作程序并具备正确的生产技能，持续教育和培训有助于提高工人的专业素质和意识。同时与供应商建立紧密的合作关系，确保零部件的质量可靠，对供应商进行评估和审核，并建立长期合作伙伴关系，以确保零部件的一致性和稳定性。另外，收集和分析生产过程中的数据，以识别潜在的问题和改进机会，建立反馈机制，及时纠正生产中的缺陷和问题，并采取措施防止再次发生。定期进行内部审核和评估，确保生产过程符合质量管理要求，参与外部认证和审核，通过国际认可的认证机构对产品和流程进行审查。

3.3 强化航空装备的维修管理

首先，制定完善的维修计划，包括定期检查、保养和维修等活动，根据制造商的建议和要求，制定适当的维护时间表和程序。采取预防性维修策略，例如，定期更换易损件、润滑部件等，通过定期检查和维护，及时※※发现并解决潜在的故障问题。其次，建立合理的备件管理系统，确保所需的备件供应充足，并按照标准和规范进行存储和使用，遵循制造商的建议和供应商的指导，选择符合要求的备件。再次，建立完善的维修记录和文档管理系统，记录维修历史、维修操作和使用情况等信息，以便追踪装备的维护历史和问题解决情况。另外，使用先进的数据分析技术和监测系统，实时收集和分析装备的运行数据，通过监测设备的性能和健康状态，可以进行预测性维修和故障排除。