Zkušenosti s diagnostikou avionických systémů vrtulníků Mi-24 Experience with diagnostics of Mi-24 helicopters avionics systems Ing. Jiří Pařízek, CSc. University of Defence, email: jiri.parizek@unob.cz npor. Ing. Petr Střecha 22th Air Force Base, email: petr.strecha@centrum.cz kpt. Ing. Vladan Svoboda 22th Air Force Base, email: vladan.21@seznam.cz Resumé: Letadla s analogovými avionickými systémy patří stále do výzbroje letectva armády České republiky. Tento článek pojednává o problémech spojených s diagnostikou avionických systémů starších letadel a uvádí dva příklady řešení procedur lokalizace vad a poruch u vrtulníků typu Mi-24/35. Aircraft avionics systems based on analogue systems still belong to the arsenal of the Czech Air Force. This article discusses the problems associated with the diagnosis of older aircraft avionics systems and provides two examples of solving the localization of defects and failures at the Mi-24/35 type helicopters. 1 Úvod Vrtulníky typu Mi-24/35 jsou letadla s avionikou převážně analogového charakteru, která je charakteristická nedostatkem tzv. vestavěných diagnostických prostředků, obvyklých u palubní elektroniky digitální. Specifickými vlastnostmi analogové techniky je náchylnost k degradaci parametrů (vzniku postupných poruch), složitému seřizování a ladění tolerancí, vzájemnému ovlivňování propojených systémů apod. Přičteme-li k tomu nepříznivé vlivy, působící na letadla v průběhu letu (rázy a vibrace, složité povětrnostní podmínky, široký rozsah provozních tlaků, teplot apod.), je zřejmé, že diagnostika závad, zjištěných piloty v průběhu letu, není vůbec jednoduchá. Některé z těchto závad nejsou na zemi potvrzeny a tak jsou buď formálně odstraňovány, nebo je konstatováno, že příčina závady nebyla zjištěna. V lepším případě je letecký technický personál natolik zkušený, že je schopen v podmínkách provozní letky či letky oprav letecké techniky proniknout do podstaty problému či do jisté míry simulovat provozní -175-
podmínky a vyřešit tak problém lokalizace závady, který zpravidla zabírá zhruba 90% celkového času věnovanému celému diagnostickému procesu. 2 Přehled závad na vrtulnících Mi-24/35 Přehled závad letecké techniky je zpracován na základě informací uvedených v informačním systému ISL (Informační systém logistiky) v nástavbě UVT (letecká technika). V tomto systému se vede celková schopnost letecké techniky, nálet, životnost letecké techniky a sledovaných agregátů, přehled závad a předpokladů leteckých nehod v rámci letectva AČR. Systém je dostupný na všech leteckých základnách AČR a u nadřízených stupňů. Všechny výše uvedené stavy se musí vést pouze v tomto informačním systému. Informace o letecké technice vyplňují uživatelé letecké techniky, kterým je tato technika přidělena. Pokud dojde k závadě na letecké technice, tak jednotliví velitelé rojů a velitelé skupin po odbornostech vyplňují karty událostí. Tyto informace jsou pak využívány v rámci technických rozborů u leteckých základen za výcvikové období. Přehled závad uvedený níže je zpracován pro vrtulníky typu Mi-24/35, provozované u 22. Základny vrtulníkového letectva Sedlec u Náměště nad Oslavou. Celkový přehled závad za rok 2014 a 2015 je shrnut v tab. 1. Celkový počet závad všech odborností na vrtulnících Mi-24/35 za rok 2014 je 118, z toho v jedenácti případech došlo k předpokladu letecké nehody (PLN). Celkový počet závad avionického vybavení činí 76, z toho ve třech případech došlo k předpokladu letecké nehody a ve dvou případech se jednalo o závadu na stejném zařízení. Tyto dva případy se týkají závad palubního interkomu SPU-8 a jeden z nich je rozebrán v kapitole 6. Statistika závad a PLN vrtulníků Mi-24/35 rok 2014 rok 2015 (do 22. 9.) Počet závad celkově 118 116 Počet PLN celkově 11 6 Počet závad avionického vybavení 76 80 Počet PLN avionického vybavení 3 1 Počet PLN ČVO 434,435 2 0 Počet PLN ČVO 431,432 1 1 Tab. 1: Přehled závad a PLN vrtulníků Mi-24/35 za rok 2014 a 2015 Během roku 2015 (do 22. 9.) došlo k 116 závadám u všech odborností. Celkový počet závad u avionického vybavení činí do tohoto data 80. Pokud avionické vybavení dále rozdělíme na -176-
odbornost ČVO 431, 432 Elektrické a speciální vybavení a 434, 435 Rádiové a radiotechnické vybavení, tak nejvíce závad do výše uvedeného data se vyskytlo u odbornosti 434,435 v počtu 49. U odbornosti 431,432 se vyskytlo 31 závad, z toho došlo u této odbornosti k jednomu předpokladu letecké nehody. 3 Obecné příčiny závad na vrtulnících Mi-24/35 K nejčastějším závadám avionického vybavení na vrtulnících Mi-24/35 dochází v důsledku vibrací za letu, vlivem nečistot v zástrčko-zásuvkových spojích a použitím méně kvalitních některých elektronických součástek. Z důvodu vyšších vibrací za letu dochází během provozu vrtulníků k mechanickým poškozením kabelových svazků i jednotlivých vodičů. Izolace vodičů se prodírají a dochází ke zkratům v napájecích a komunikačních větvích. Dále dochází k přerušování prodlužovacích kabelů sloužících k připojení sluchátek a pilotních přileb k interkomu. Vlivem vibrací dále dochází ke vzniku studených spojů a ulamování nožiček tranzistorů. Vliv použití méně kvalitních součástek se projevuje u tantalových a elektrolytických kondenzátorů především porušením jejich dielektrik a u tranzistorů destruktivním průrazem PN přechodů. Dalším zásadním faktorem je vnikání nečistot a vlhkosti do konektorů, zvláště v nepříznivých povětrnostních podmínkách. Následkem toho dochází k postupné oxidaci a ztrátě kontaktu, případně k vývoji zkratů například v místech připojení koaxiálního kabelu k anténě. Uvedené nepříznivé vlivy jsou podporovány i některými dalšími konstrukčními nedostatky jako např. nevhodným vedením a uchycením kabelových svazků a vodičů, nevhodným umístěním konektorů, nevyhovujícím odtlumením jednotlivých částí avionických systémů od zdrojů vibrací apod. 4 Obecné metody diagnostiky a odstraňování závad Jak již bylo v úvodu naznačeno, diagnostika vad a poruch na letecké technice s analogovým avionickým vybavením není vůbec jednoduchá a to ve všech krocích diagnostické procedury, tedy detekce, lokalizace a odstranění vady či poruchy. Příčiny tohoto stavu lze shrnout do několika bodů: avionické systémy analogových letadel nebyly v době svého vzniku vybavovány palubními monitorovacími a diagnostickými prostředky a až na výjimky ani prostředky vestavěné kontroly. Detekce poruch je tedy záležitostí obsluhy, tedy v průběhu příprav -177-
a předepsaných prací věcí technického personálu, v průběhu letu létajícího personálu. Jedinou používanou metodou pro detekci poruch je metoda komparace aktuálního stavu nebo činnosti kontrolovaného systému s modelem stavem a činností očekávanou technikem či pilotem. Hodnocení stavu systémů v průběhu letu může však být subjektivní a případná porucha se může projevit pouze za určitých podmínek. K verifikaci informace o poruše v průběhu letu nejsou technické prostředky. Lokalizace poruch je nejnáročnější činností v diagnostickém cyklu. V případě poruchy za letu má technik k dispozici výpověď pilota o vzniku, okolnostech a důsledcích poruchy. Pro ověření získaných informací provede pozemní kontrolu poruchového systému, a pokud se porucha nadále projevuje, postupuje dále empirickými metodami. Mezi nejznámější metody tohoto typu patří analogie, založená na předpokladu, že technik již má s podobnou poruchou zkušenosti, či metoda pokus omyl, která je založena na postupných výměnách nejvíce podezřelých částí systému a při které je rozhodující dobrá znalost zapojení a funkce systému a znalost vlastností kontrolní a měřicí techniky. Odstranění vady či poruchy je obecně považováno za relativně jednoduché, pokud ovšem technik zná rozmístění agregátů, má k dispozici a umí číst montážní schémata a jsou k dispozici potřebné náhradní díly. 5 Závada na zařízení DISS-15D a způsob jejího odstranění Zařízení DISS-15D je dopplerovský měřič rychlosti a úhlu snosu, který na základě měření Dopplerova posuvu kmitočtu provádí výpočet jednotlivých složek vektoru rychlosti letu vrtulníku. Jako základní kontrolní měřicí technika zařízení DISS-15D je používán pult PKD- 15 (čelní panel pultu viz obr. 1), který slouží pro základní měření a kontrolu parametrů nezbytných pro správnou činnost DISS-15D a částečnou lokalizaci případných poruch. Měřicí část tohoto pultu je tvořena potenciometrickým mechanismem, který měřenou veličinu (proud, napětí) indikuje na válcovém ukazateli. Válcový ukazatel má více rozsahů s vyznačenými mezemi tolerance. Aktuálně používaný rozsah je indikován rozsvícenou žárovkou nad daným rozsahem. Celý tento systém je řízen reléovou logikou. Stlačením příslušného tlačítka je provedeno spuštění požadované kontroly. Reléová logika zajistí přivedení požadovaného kontrolovaného parametru na potenciometrický mechanismus a následnou indikaci na válcovém ukazateli v platném rozsahu. -178-
Obr. 1: Pult PKD-15 Závada na DISS-15D ze dne 27. 7. 2015 se neprojevila během provozu letecké techniky, ale byla zjištěna při provádění předepsaných prací. Měření DISS-15D bylo prováděno dle technologických postupů, kde jedním z bodů je měření parametru SVČ (z ruštiny signál vysokofrekvenčního kmitočtu a parametr indikuje výkon signálu, který je generován magnetronem). SVČ se měří pomocí detekční diody, zapojené ve vlnovodném traktu a podbloku M, který slouží pro měření kontrolního výkonu magnetronu. Spodní mez hodnoty SVČ má být 0,5 minimálně, skutečně naměřená hodnota pomocí pultu PKD-15 však byla pouze 0,3. Pomocí pultu PKD-15 jsme tedy detekovali vadu - nízký výkon magnetronu, která však neměla přímý vliv na činnost DISS-15D. Současně nám pult PKD-15 umožnil vadu přibližně lokalizovat a soustředit se v dalším diagnostickém postupu pouze na vysokofrekvenční blok. Z principu funkce a z technologické karty vyplývalo, že vada mohla vzniknout buď na magnetronu (malý výkon), na detekční diodě (vadná dioda) nebo v podbloku M. Prvním způsobem odstranění závady dle technologického postupu je výměna detekční diody. Výměnou diody však vada odstraněna nebyla, pokusnými výměnami dalších diod jsme dosáhli nejvyšší hodnoty SVČ 0,4. Další z možností, jak odstranit závadu na základě empirických zkušeností, byla výměna podbloku M, po které však zůstala hodnota SVČ beze změny. -179-
Třetí možnou příčinou závady mohl být vadný magnetron. Měřením výstupního výkonu na kontrolní odbočce vlnovodu jsme zjistili hodnotu 4,2 W, přitom minimální hodnota výkonu magnetronu dle technologických postupů musí být vyšší než 2 W. Z toho vyplývalo, že magnetron je v pořádku, závadu se nepodařilo odstranit a žádný další prvek se v cestě mezi VF zdrojem a bodem měření SVČ již nenacházel. Logickou úvahou tedy musela být příčina závady nikoliv v jednotlivých prvcích, ale na dané cestě, v našem případě ve vlnovodu. Po výměně části vlnovodu, kde se nacházel odbočovací vlnovod a detekční dioda, jsme provedli opět měření a konečně získali hodnotu SVČ větší než 0,5 (konkrétně 0,9). Závadu jsme tedy úspěšně lokalizovali. Podrobnějším zkoumáním vadného vlnovodu bylo zjištěno, že v místě zapojení detekční diody do vlnovodného traktu se nachází vlásečnicová trhlina, která je patrná na obr. 2. Tato trhlina byla pravděpodobně způsobena kombinací vibrací a omezenou konstrukční pevností mechanického spoje části detektoru a vlnovodného traktu. Trhlina způsobovala pokles výstupního výkonu a zřejmě i během letu docházelo k výpadkům činnosti systému DISS-15D, avšak ty nemusely být letovou osádkou zaznamenány. Obr. 2: Vlásečnicová trhlina vadného vlnovodu V minulosti se již podobná závada vyskytla na jiné části vlnovodného traktu, kde došlo přímo k oddělení izolační vrstvy materiálu. Část vlnovodu, na které došlo k oddělení izolační vrstvy, je zvýrazněna na obr. 3. -180-
Obr. 3: Odtržená izolační vrstva vadného vlnovodu Z popisu odstraňování závady je tedy zřejmé, že v celém postupu byly použity základy teorie spolehlivosti a diagnostiky v kombinaci s empiricky získanými poznatky, vědomostmi a zkušenostmi při používání zařízení DISS-15D a kontrolního zařízení PKD-15. 6 Závada na zařízení SPU-8 Dne 4. 2. 2014 došlo na vrtulníku Mi-35 trupové číslo 3370 k předpokladu letecké nehody (přerušení úkolu a návratu na vrtulníkovou základnu Sedlec) na základě ztráty spojení mezi kapitánem vrtulníku a pilotem operátorem. Závada byla bezprostředně po letu potvrzena technickým personálem 221. vrtulníkové letky a vrtulník byl dne 6. 2. 2014 předán k opravě u 223. letky oprav letecké techniky. U letky oprav letecké techniky byla opět potvrzena přetrvávající závada. Technickým personálem bylo zjištěno, že z přípojného místa kapitána vrtulníku k interkomu se nelze spojit s ostatními členy osádky. Při přezkoušení ostatních přípojných míst se závada neprojevila a účastníci se spojili bez problémů. Jako nejpravděpodobnější místo poruchy se jevila účastnická skříňka AA-3 kapitána vrtulníku, která je na obr. 4. Po provedení výměny účastnické skříňky a následném přezkoušení však závada přetrvávala. Dále byly provedeny kontroly relé v rozvodné skříni interkomu RK-SPU. -181-
Obr. 4: Účastnická skříňka AA-3 interkomu SPU-8 Relé klíčování interkomu pro pozici kapitána vrtulníku byla však opět v pořádku. Následně byl odpojen prodlužovací kabel přípojné šňůry od účastnické skříňky a letecká sluchátka byla připojena přímo na přípojnou šňůru skříňky. Poté proběhla kontrola interkomu na všech přípojných místech bez závad. Tak byla lokalizována závada na prodlužovací kabel. Při proměření prodlužovacího kabelu přípojné šňůry nebyla naměřena žádná ohmická hodnota (resp. hodnota byla Ω) vodiče živého kontaktu pro připojení mikrofonu kapitána vrtulníku, jinými slovy - obvod byl přerušen. Obr. 5: Detail konektoru prodlužovací šňůry Po rozebrání konektoru (detail konektoru viz obr. 5) v místě připojení leteckých sluchátek nebyla vada na první pohled patrná, nicméně po bližším zkoumání připojení konektoru byl nalezen zlomený vodič pod vnější izolací. Oprava byla provedena zkrácením vodičů a -182-
připojením oček pro montáž na konektor. Po zpětné montáži všech bloků a krytů byla provedena kontrola interkomu, během které nebyla shledána žádná závada. Tato závada byla vyřešena metodou analogie na základě zkušeností z předchozích závad palubního interkomu SPU-8 získaných během provozu vrtulníků. Všechny výše uvedené bloky interkomu byly v minulých letech zdrojem poruch a měly za následek výpadek spojení mezi členy osádky vrtulníku. Lze konstatovat, že i v tomto případě byly spolupůsobící příčinou poruchy spojení (a vzniku předpokladu letecké nehody) vibrace vrtulníku. 7 Závěr Na dvou příkladech konkrétních zdánlivě jednoduchých závad bylo ukázáno, že diagnostika vad a poruch avioniky tzv. analogových letadel nemusí být vůbec jednoduchá a vyžaduje velké zkušenosti z provozu a odstraňování závad této techniky. Na rozdíl od moderních letadel s převážně digitálně řešenými avionickými systémy musí být automatické palubní monitorovací a diagnostické prostředky těchto letadel (po přistání letounu indikující technickému personálu stav avionických systémů i s návodem řešení případných problémů) nahrazovány logickým úsudkem členů technického personálu. Použití exaktních metod technické diagnostiky (např. metody půlení, která minimalizuje počet nutných kontrol a měření) by zvláště u rozlehlých palubních systémů mohla přinést určité zjednodušení a přínos především v etapě lokalizace poruch, ale náklady na vypracování potřebných logických modelů by se vrátily pouze v případě složitých a často poruchových avionických systémů. Literatura [1] ΑΠΠΑΡΑΤΥΡΑ ДИСС-15, Техническое описание Часть 2, 255s. 1985 [2] ΑΠΠΑΡΑΤΥΡΑ ДИСС-15, Инстρукция по эксплуатации Часть 4, 154s. 1985 [3] ПУЛТ ПКД 15, Техническое описание и инстρукция по эксплуатации,154s. 1976 Dedikace Článek byl vypracován v rámci projektu rozvoje organizace UO - K206 s názvem Komplexní elektronický systém pro UAS. The work presented in this paper has been supported by the Ministry of Defence of the Czech Republic (K206 Department development program Complex aviation electronic system for unmanned aerial systems ). -183-