振动健康监测(VHM)
振动健康监测(VHM)
背景
由于其设计，直升机很容易受到灾难性机械故障的影响，因为旋翼和旋翼驱动系统中单载荷路径关键部件的数量，以及设计中的冗余减少。在20世纪70年代和80年代经历的这种脆弱性和高事故率导致了能够监测转子和转子驱动系统的健康和完整性的系统的发展。(EASA RMT)
运行状况和使用监控系统(HUMS)用于自动监测直升机机械部件的健康状况，以及机体及其动态部件的使用情况。HUMS使飞机能够记录结构和传动使用情况、传动振动、转子轨迹和平衡信息以及发动机功率保证数据。HUMS不仅可以通过振动监测齿轮箱、轴承、轴、发动机和转子等旋转部件的健康状况，还可以记录飞机总线的参数数据，用于使用和事件分析。振动的细微变化在飞行中被记录下来，在HUMS地面站计算机上可视化，并由技术人员进行评估。从使用HUMS中获得的情报使飞机维护人员和机队操作员能够就飞行和维护飞机做出明智的决定。(IHST)
振动健康监测(VHM)系统是HUMS的一个组成部分。研究和统计数据表明，HUMS和VHM自20世纪90年代初投入北海作业以来，已经显著降低了旋翼机的事故率。由于这一成功，英国民航局规定载有9名或以上乘客的飞机必须安装HUMS (CAP 753)。研究还得出结论，这些系统能够成功地检测出发生在系统旨在监测的组件上的大约70%的故障模式。(IHST)
定义
- 振动-围绕平衡参考点的机械振荡或运动。
- 振动健康监测-利用振动信号处理产生的数据来检测机械完整性的早期故障或退化。
- VHM指示器-通过应用算法来处理采样数据以获得与特定组件故障模式的健康状况相关的单个值的结果。主要的VHM指标将是那些可以直接监测以产生警报的指标。次要VHM指标是在产生警报后可用于诊断过程，但不适用于直接产生警报的指标。
VHM系统
VHM系统通常包括振动传感器和相关布线、数据采集和处理硬件、从直升机上下载数据的设备、地面站和系统操作的相关指令。
VHM系统应利用适当的振动传感器和记录设备在飞行过程中测量旋转关键部件的振动特性。为了生成VHM指标，所处理的振动测量通常应与特定的部件故障模式相关，或能够检测到影响安全运行的变化。
VHM系统通常监控许多组件和组件类型，包括发动机;齿轮箱及相关轴、齿轮和轴承;尾桨传动轴;发动机至主变速箱输入传动轴;油冷却器;还有主旋翼和尾翼。
意外及事件
2016年12月28日，西科斯基S92A在北海海上平台着陆时失去了偏航控制，几乎坠入大海。调查发现，失控是由于尾桨变节轴轴承的故障，导致相关控制伺服的损坏。2022卡塔尔世界杯澳大利亚队调查还发现，尽管HUMS监测到位，但它未能有效地主动提醒操作员轴承逐渐恶化的早期阶段，这本可以确保直升机在事故发生前停飞进行整改。
2016年4月29日，一架空客EC225“超级美洲狮”主旋翼在飞往卑尔根的途中突然脱落。飞机失去控制，坠毁并被摧毁。旋翼脱离归因于同一齿轮箱部件未被检测到的金属疲劳，这导致了2009年同一型号直升机的一种改型发生相同事故。尽管之前发生了这一事故，但其中涉及的失效模式并没有得到正确的理解或预测。调查发现了与变速箱设计、风险评估、疲劳评估、变速箱状态监测、型号认证和持续适航相关的重要经验教训，这可能也适用于其他型号的直升机。
2010年7月3日，一架AW139直升机起飞后，在香港维多利亚港上空爬升350英尺时，尾桨脱落。完成了向自动旋转的过渡，随后进行了可控的开沟。所有乘客都获救了，但一些人受了轻伤。失败完全归咎于制造缺陷，但制造商没有采取纠正措施或监管行动，直到第二年在卡塔尔(非致命)和巴西(致命)发生了两起类似事故，调查发布了两项临时安全建议，之后对制造过程进行了全面审查，导致了许多变化。
2009年4月1日，邦德直升机公司一架欧洲直升机公司AS332 L2超级美洲狮的机组人员在从米勒海上平台飞往海拔2000英尺的阿伯丁的途中失去了对直升机的控制，当时主旋翼齿轮箱发生了突然的灾难性故障，在不到20秒的时间里，带有主旋翼叶片的轮毂与直升机分离，导致直升机以垂直高速坠入海中。撞击摧毁了直升机，16名乘客全部遇难。调查结果提出了17项安全建议。
参考文献
- 直升机振动健康监测(VHM)，《直升机旋翼和旋翼驱动系统中VHM操作人员的指导材料》，CAP 753，英国民航局，2017。
- 运行状况和使用情况监视系统工具包，美国联合直升机安全实施小组，国际直升机安全小组，2013。
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