1、87第二十四届（2008）全国直升机年会论文米-171 直升机双发空中停车故障分析王计宪 梅盛开（陆军航空兵学院装备部）摘要：本文针对米-171 直升机一起双发空中停车故障，对飞行参数进行了判读，详细分析了故障机理，并提出了针对性的维护建议。米-171 直升机是我国从俄罗斯引进的一种中型运输直升机，装有两台 TB3-117 发动机。自引进以来，米-171 直升机在军用和民用领域都发挥了重要作用，执行了大量抢险救灾、森林防火、卫星回收等急难险重任务。在飞行使用过程中，也发生过一些事故和事故征候，其中因发动机故障引发的占有很大比例。近期在米-171 直升机飞行训练时，发生了一起双发空中停车的事故征
2、候。1 事情经过直升机开车后，地面检查各系统、仪表工作正常，直升机接地飞行至起飞地带，在 4 米高度悬停检查，工作正常，直升机下降至高度 1-0.5 米时，直升机突然急剧右转并下降，飞行员无法控制直升机飞行姿态，直升机在空中右转 90后接地，继续右转 25后停住。期间耳机内发出 2 号发电机故障、1 号发电机故障等语音报警，主警告灯及相应警告灯均闪亮。机组人员在第一时间对直升机和发动机进行了外部检查，除起落架缓冲支柱行程受到一定压缩外（在正常范围内） ，没有发现其它异常情况。2 飞行参数记录仪判读飞行参数记录仪记录了双发空中停车前后直升机及发动机主要参数，如下表：时间（秒） 左发温度右发温度
3、左发转速 右发转速 旋翼转速 总矩杆位置29“ 760.26 771.60 92.99 92.84 96.34 6.1030“ 755.13 765.43 91.17 92.53 96.18 5.9031“ 758.97 766.67 92.84 92.68 96.67 6.1032“ 783.33 854.55 93.61 98.49 100.33 5.8733“ 788.46 871.43 93.77 97.83 103.50 5.1534“ 796.15 881.82 93.93 97.83 106.57 4.4235“ 796.15 884.42 94.09 97.49 109.00
4、3.5436“ 797.44 879.22 93.93 97.33 110.00 3.658837“ 716.67 816.88 93.93 92.38 107.35 3.1438“ 547.13 640.74 76.09 79.32 94.09 5.1539“ 465.64 562.35 62.50 72.92 81.46 6.60表 1 双发空中停车前后直升机及发动机主要参数对参数数据进行判读，可得出以下结论：(1)在 31“-32“之间，右发转速上升 5.81%，温度上升 87.88，可判断右发瞬间工作异常，燃油调节器出现明显故障，无法正常调节发动机供油量，保持发动机给定的工作状态。(2
5、) 在 32“-36“期间，双发转速差均超过了不大于 2%的规定，分别为4.88%、 4.06%、3.9% 、3.4% 、3.4%，左发转速上升总量为 1.08%，温度上升 14.11，属于正常范围，温度和转速上升是左发功率协调器按照向上匹配原则进行调节的结果，可判定左发动机工作正常。(3) 在 36“时，当旋翼转速达到 110%时，对应的右发自由涡轮转速为 118%，右发自由涡轮超转保护系统工作，迅速减小发动机供油量，发动机转速和功率状态迅速下降。(4) 在此之前，当旋翼转速达到 107%时，左发功率协调器应急断开分流活门工作，功率协调器退出工作，保证了左发工作状态不再继续跟随右发工作状态而
6、增加。3 故障原因经调查，造成这起空中双发停车事故征候的直接原因是：在直升机悬停过程中，右发动机自由涡轮转速调节器的水平传动软轴突然发生折断，自由涡轮转速调节器调节的发动机供油量急剧增加，使得发动机转速、温度快速上升，输出功率增加，造成自由涡轮（旋翼）转速超转，致使双发超转保护停车。故障原因与飞行参数记录仪判读结果相一致。4 故障机理分析虽然该事故征候出现的直接原因是自由涡轮转速调节器传动装置水平软轴折断，但实际是自由涡轮转速调节器失效与超转保护系统共同作用的结果。(1) 自由涡轮转速超转原因分析89图 1 自由涡轮转速调节器工作原理图首先分析一下自由涡轮转速调节器的工作。自由涡轮转速调节器在
7、其调节的范围内（从右校正到额定状态） ，根据旋翼桨矩变化即旋翼需用功率的变化，自动调节发动机供油量，相应改变发动机工作状态和供给功率，而保持自由涡轮转速不变。其工作原理如图 1 所示。自由涡轮转速调节器主要由离心式转速敏感元件、叉形摇臂和喷嘴挡板式放油活门组成。发动机工作时，自由涡轮转速经两级锥齿轮减速，并经传动装置的垂直软轴和水平软轴传动，带转离心式转速敏感元件，转速敏感元件将自由涡轮转速信号转化为离心飞重的轴向力，作用在叉形摇臂上，叉形摇臂上还作用着分别由总矩杆和旋翼转速重调机构控制的两个弹簧弹力。另一端则控制着喷嘴挡板活门的开度，从而控制发动机的供油量。 当离心飞重换算的轴向力与弹簧弹力
8、平衡时，活门开度一定，发动机供油量和工作状态保持不变。当平衡被打破时，叉形摇臂绕支点转动，减小或增加活门开度，发动机供油量和工作状态随之增加或减小。由于右发自由涡轮转速传动装置水平软轴折断，自由涡轮转速调节器无法获取自由涡轮转速信号，离心飞重接收的自由涡轮转速为零，换算成的轴向力也就为零，叉形拨叉在弹簧力的作用下，顺时针转动，迅速将喷嘴挡板活门开度关到最小。由于自由涡轮转速调节调节性能非常敏捷，能在 2 秒钟内，将发动机的供油量从最小调节到图425 自由涡轮转速调节器原理图叉形摇臂15%凸轮6%凸轮放油活门离心飞重调整螺钉调整螺钉90最大。因此右发供油量和工作状态急剧增加，在 1 秒钟内转速上
9、升了 5.81%，温度上升了 87.88，自由涡轮输出功率大大增加。在此过程中，左发的功率协调器将增加本发的供油量，而自由涡轮转速调节会根据增加的自由涡轮转速信号，减小发动机的供油量，两者相抵销，因此，左发转速变化不大。同时飞行员放低了旋翼桨矩，需用功率减小，双发供给功率远远大于旋翼需用功率，旋翼转速迅速增加，自由涡轮转速随之增加。而增加的自由涡轮转速因为水平软轴折断，无法传回自由涡轮速调节器进行控制，很快就达到了超转保护系统规定的 118%的极限值。(2)自由涡轮超转保护系统工作自由涡轮超转保护系统的功用是当自由涡轮转速达到 1182%时，自动使发动机停车。系统由自由涡轮转速传感器、电子调节
10、器、-3 执行机构和燃油系统的恒压差流量调节器组成。系统框图如图 2 所示。转速传感器转速传感器电子调节 器-3执行机构恒压差流量调节器 发动机图 2 自由涡轮超转保护系统控制框图当自由涡轮转速达到极限值时，电子调节器向 -3 执行机构发出停车指令，-3 执行机构控制恒压差流量调节器，开大回油路开度，大量燃油流回油泵进口，向发动机的供油量迅速降为零，从而使发动机停车，输出信号一直保持到自由涡轮转速降为零。5 几点建议(1) 加强自由涡轮转速调节器传动装置的检查自由涡轮转速调节器传动装置包含有垂直和水平两段软轴，发生故障非常少，特别是传动软轴的突然断裂失效概率更小。软轴是由细钢丝缠绕形成的细钢索
11、，在外场定检中，曾发现过钢丝断丝的现象，但由于只是一两根，不会造成软轴失效，但软轴要传递一定的扭矩，而且行程比较长，出现断丝后，如不及时更换，势必增加其它钢丝的负荷，断丝的数量会持续增加。因此，要按照规程加强检查，发现有断丝，要及时更换，不能心存侥幸。(2) 加强自由涡轮保护系统的检查自由涡轮保护系统是特殊情况下采取的一种安全保护措施，一旦工作就会使发动机停车，后果也很严重，因此在日常维护工作中，一定要细心细致，确保转速传感器、电子调节器和 -3 执行机构的性能完好，不能输出错误信号。91(3) 加强旋翼超转影响因素的分析研究在实际飞行中，还有许多可能造成自由涡轮超转的因素，比如飞行员对总矩杆
12、的操纵。在高空作机动飞行，相对于低空，同一状态的发动机剩余功率减小，如果飞行员上提总矩杆的速度过快，发动机供给功率瞬时低于旋翼需用功率太多，就会造成旋翼失速，出现旋翼转速超转。同样，在低空飞行时，发动机剩余功率增加，如果飞行员下压桨矩杆的速度过快，供给功率大于需用功率，也可造成旋翼转速瞬时超转。因此，必须按照手册的规定来操纵旋翼桨矩。参 考 文 献1马德裕，涡轮轴发动机构造学，北京，陆军航空兵学院，2003.07An analysis of Mi-171 helicopters double-engine failures in the flyWANG Ji-xian MEI Sheng-kai(The Army Avation Institute of PLA )Abstract: Depending on the data recorded by FPRS,An analysis of Mi-171 helicopters double-engine failures in the fly is made.Then, in ordor to adviod the failures, the suggestion about how to maintence the helicopter is presented.
