某型吊艙試驗(yàn)故障分析

王沙威 岡 萍

中國飛行試驗(yàn)研究院

故障現(xiàn)象

某型吊艙進(jìn)行掛飛試驗(yàn)，第一架次機(jī)上吊艙、某型外掛投棄控制板均不加電，機(jī)上情況正常。第二架次機(jī)上試驗(yàn)吊艙加電，某型外掛投棄控制面板加載應(yīng)急電源、正常電源，完成了規(guī)定的飛行任務(wù)后落地，試驗(yàn)過程未發(fā)現(xiàn)異常。當(dāng)天共進(jìn)行了兩個架次的飛行。飛行后地勤人員檢查發(fā)現(xiàn)，某型內(nèi)側(cè)掛點(diǎn)吊艙掛架及試驗(yàn)吊艙脫落。

故障分析

故障發(fā)生后，進(jìn)行了故障樹分析，如圖1 所示，梳理出打開吊艙掛彈鉤的因素有：吊艙投棄機(jī)械系統(tǒng)功能故障、正常投放模式、應(yīng)急投放模式以及吊艙掉落后發(fā)現(xiàn)的“實(shí)際故障狀態(tài)”。通過對吊艙投棄機(jī)械系統(tǒng)功能檢查，其掛彈鉤可正常工作，排除該因素；正常投放模式和應(yīng)急投放模式都可打開吊艙掛彈鉤；吊艙掉落后發(fā)現(xiàn)的“實(shí)際故障狀態(tài)”是：在投棄允許開關(guān)為“關(guān)”的情況下，應(yīng)急投棄斷路器處于“打開”狀態(tài)，并且外掛投棄面板有燒蝕現(xiàn)象，屬于非正常狀態(tài)。因此，將重點(diǎn)對被試系統(tǒng)進(jìn)行分析。

規(guī)定投棄操作程序與空中對被試系統(tǒng)操作比較

規(guī)定的吊艙投棄操作程序

設(shè)計規(guī)定按以下兩種操作程序執(zhí)行，可實(shí)現(xiàn)吊艙正常投棄。

a.使用機(jī)上正常直流匯流條供電時（輪載為“空中”狀態(tài)），接通配電控制箱上“正常投放”斷路器，將中央操縱臺上電源控制指示板上的“電源開關(guān)”撥到“開”，接通外掛投棄控制板上的“投棄允許”開關(guān)到“開”，打開保險蓋，按下“外”、“中”、“內(nèi)”按鈕，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的對稱掛點(diǎn)投棄；

b.使用機(jī)上蓄電池供電時（輪載為“空中”狀態(tài)），接通配電控制箱上“應(yīng)急投棄”斷路器，接通外掛投棄控制板上的“投棄允許”開關(guān)到“開”，打開保險蓋，按下“外”、“中”、“內(nèi)”按鈕，可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的對稱掛點(diǎn)投棄。

由此可知，按照上述兩種程序進(jìn)行操作，電源控制指示板上“電源開關(guān)”和外掛投棄控制板“投棄允許”開關(guān)都撥到“開”的情況下，按下“外”、“中”、“內(nèi)”按鈕，吊艙會正常投棄。

故障前的空中操作程序

空勤機(jī)組人員在故障發(fā)生前對被試系統(tǒng)采取的操作程序是：外掛吊艙、顯控設(shè)備處于正常工作狀態(tài)時，關(guān)閉顯控設(shè)備顯示器開關(guān)和中央操縱臺電源控制指示板上的“電源開關(guān)”。

圖1 吊艙掉落故障樹

圖2 吊艙投棄控制示意圖

圖3 試驗(yàn)程序圖

按照空勤人員的操作后，吊艙掉落。地面檢查發(fā)現(xiàn)，左右內(nèi)側(cè)掛點(diǎn)通用掛架外觀正常，脫落插頭及連接電纜狀態(tài)良好，掛彈鉤處于投放狀態(tài)；機(jī)上外掛投棄控制板“投棄允許”開關(guān)為“關(guān)”，投放選擇按鈕保護(hù)蓋未打開；中央操縱臺電源控制指示板上的“電源開關(guān)”為“關(guān)”狀態(tài)；配電控制箱上應(yīng)急投棄斷路器自動彈起。也就是說，應(yīng)急電源給上述設(shè)備供電時，在未進(jìn)行投棄操作的情況下，被試系統(tǒng)執(zhí)行了吊艙投棄的功能。需對被試系統(tǒng)吊艙投棄控制進(jìn)行分析。

故障定位分析和故障復(fù)現(xiàn)

圖2 為吊艙投棄控制示意圖，根據(jù)2.1 的分析，在應(yīng)急供電時，未進(jìn)行投棄操作的情況下，內(nèi)側(cè)掛點(diǎn)掛鉤執(zhí)行了投棄信號，也就是說，投棄開關(guān)S1 處于“打開”狀態(tài)下，開關(guān)S1 進(jìn)行了自動閉合，進(jìn)而執(zhí)行了吊艙投棄操作。

下面通過試驗(yàn)對上述分析進(jìn)行驗(yàn)證。在中、外側(cè)四個吊艙下鋪設(shè)保護(hù)墊，并斷開相應(yīng)的線纜；對左、右內(nèi)側(cè)掛點(diǎn)掛裝檢驗(yàn)投放工具；將輪載開關(guān)置于“空中”狀態(tài)；接通地面電源和機(jī)上蓄電池，接通配電控制箱上“應(yīng)急投棄”斷路器，左、右內(nèi)側(cè)掛點(diǎn)掛彈鉤開鉤，檢驗(yàn)投放工具脫落。故障試驗(yàn)程序如圖3 所示。重復(fù)上述試驗(yàn)，現(xiàn)象相同。

將加裝的外掛投棄控制板拆下，打開外掛投棄控制板面板檢查，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備內(nèi)部有焦煳味，觀察發(fā)現(xiàn)控制板矩形電連接器引出的黑色導(dǎo)線中7 號控制導(dǎo)線（正?？刂乒╇姡?、8 號控制導(dǎo)線（應(yīng)急控制供電）引出線燒蝕嚴(yán)重。經(jīng)檢查確認(rèn)，7 號、8 號與5 號控制導(dǎo)線（應(yīng)急內(nèi)側(cè)投棄）短路。

當(dāng)試驗(yàn)機(jī)加載正常、應(yīng)急電源（7 號、8 號導(dǎo)線加電），5 號導(dǎo)線便短路帶電，其對應(yīng)的繼電器K3 即工作輸出投棄信號，導(dǎo)致試驗(yàn)機(jī)左右內(nèi)側(cè)掛點(diǎn)掛彈鉤開鉤，投放夾具脫落（參考圖2）。

綜上分析，判斷7、8 號導(dǎo)線有大電流經(jīng)過，造成7、8 號導(dǎo)線與5 號導(dǎo)線間燒蝕短路，進(jìn)而導(dǎo)致吊艙掛架及吊艙的脫落。下面對被試系統(tǒng)工作原理進(jìn)行分析。

被試系統(tǒng)工作原理分析

外掛投棄控制板內(nèi)矩形連接器，控制電路導(dǎo)線額定電流：3.7A。由于外掛投棄控制板“投棄允許開關(guān)”設(shè)計方式為采用單刀單置開關(guān)，并且沒有采取電路隔離保護(hù)措施，造成外掛投棄控制板內(nèi)矩形連接器的7號控制導(dǎo)線（正常控制供電）和8 號控制導(dǎo)線（應(yīng)急控制供電）處于常通狀態(tài)。以下四種情況是對工作電流的具體分析。

a.在正常情況下，當(dāng)輪載處于“空中”狀態(tài)時，正常電源和應(yīng)急電源同時上電時均為直流28V，外掛投棄控制板內(nèi)正常投放電路和應(yīng)急投棄電路的電壓差和電流較小，對外掛投棄控制板內(nèi)控制導(dǎo)線（包括7 號、8 號線在內(nèi)）基本無影響。

b.當(dāng)正常供電斷開，應(yīng)急供電保持接通狀態(tài)時，應(yīng)急電源通過外掛投棄控制板內(nèi)連接“投棄允許”開關(guān)的7號、8 號控制導(dǎo)線對正常供電電路進(jìn)行供電，也就是造成應(yīng)急電源對吊艙、顯控設(shè)備進(jìn)行供電。

c.若在正常供電狀態(tài)下，被試系統(tǒng)下電操作采取通過顯控設(shè)備斷開外側(cè)吊艙各1 具，內(nèi)側(cè)吊艙2 具、關(guān)閉顯控設(shè)備顯示器開關(guān)；此時吊艙及顯控設(shè)備處于待機(jī)工作狀態(tài)，關(guān)閉“電源開關(guān)”后，應(yīng)急電源開始給上述設(shè)備供電，此時總電流為2.15A。

d.若在正常供電狀態(tài)下，外掛吊艙、顯控設(shè)備處于工作狀態(tài)時，被試系統(tǒng)下電操作采取關(guān)閉顯控設(shè)備顯示器開關(guān)，關(guān)閉中央操縱臺電源控制指示板上的“電源開關(guān)”時，應(yīng)急電源開始給上述設(shè)備供電，此時最大總電流為24.2A。

隨后，模擬機(jī)上狀態(tài)對外掛投棄控制板內(nèi)控制電路導(dǎo)線進(jìn)行電流摸底試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 對1 束14 根導(dǎo)線施加以下負(fù)載條件的試驗(yàn)結(jié)果

綜上可知，按a，b，c 條進(jìn)行操作，被試系統(tǒng)正常工作，但在按d 條進(jìn)行操作時，發(fā)生了大電流通過，即導(dǎo)線出現(xiàn)燒蝕，進(jìn)而出現(xiàn)短路的情況。

通過對被試系統(tǒng)分析，7、8 號導(dǎo)線中有大電流經(jīng)過，造成與5 號導(dǎo)線間燒蝕短路，進(jìn)而導(dǎo)致吊艙掛架及吊艙的脫落；并通過對被試系統(tǒng)電路電流分析和電流摸底試驗(yàn)，驗(yàn)證了電流過大時投棄控制面板導(dǎo)線表皮融化冒煙，導(dǎo)線短路。

圖4 改進(jìn)方案電路控制圖

經(jīng)數(shù)據(jù)分析確認(rèn)：故障發(fā)生時正常匯流條保持了18s20V 輸出電壓，線路上的總電流高達(dá)28.72A，由此可知，故障發(fā)生時線路上的電流足以將7 號、8 號導(dǎo)線燒蝕，說明對故障的定位是準(zhǔn)確的。

改進(jìn)方案

在外掛投棄控制設(shè)計過程中，將開關(guān)由雙刀型改為了單刀型，使“正常供電”和“應(yīng)急供電”合并位置發(fā)生改變。而為避免V9、V10 二極管壓降對繼電器的工作造成影響，并未對V9、V10 二極管位置進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，導(dǎo)致隔離措施失效、形成潛在回路。

針對上述問題，對外掛投棄控制板的設(shè)計方案進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，主要措施有：

恢復(fù)雙刀型鈕子開關(guān)設(shè)計（開關(guān)S1）；

通過K8 繼電器及V9、V10 二極管構(gòu)成線路隔離的雙保險。

改進(jìn)方案控制圖如圖4 所示。

從圖4 中可以看出，只要機(jī)上給外掛投棄控制板供電正常電源，K8 繼電器即工作，使觸點(diǎn)置長開端，實(shí)現(xiàn)正常電源與應(yīng)急電源的隔離。即使在后級電路中正常電路、應(yīng)急電路因器件故障出現(xiàn)短接情況，V9、V10 二極管依然能保證電源的相互隔離。改進(jìn)方案采取了有效的隔離措施，消除了潛在回路的存在。

試驗(yàn)驗(yàn)證

改進(jìn)方案摸通過了摸底驗(yàn)證試驗(yàn)，高溫工作試驗(yàn)、低溫工作試驗(yàn)、溫度沖擊試驗(yàn)、振動功能試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、加速度試驗(yàn)、電源特性試驗(yàn)、電磁兼容性試驗(yàn)等掛飛安全性試驗(yàn)的驗(yàn)證。

此后，進(jìn)行了機(jī)上聯(lián)試。試驗(yàn)分三種情況進(jìn)行：

機(jī)上給外掛投棄控制板供正常電源，進(jìn)行試驗(yàn)機(jī)左右內(nèi)、中、外掛點(diǎn)應(yīng)急投棄，外掛投棄控制面板功能正常；

機(jī)上給外掛投棄控制板供應(yīng)急電源，進(jìn)行試驗(yàn)機(jī)左右內(nèi)、中、外掛點(diǎn)應(yīng)急投棄，外掛投棄控制板功能正常；

機(jī)上給外掛投棄控制板同時正常、應(yīng)急電源，進(jìn)行試驗(yàn)機(jī)左右內(nèi)、中外掛點(diǎn)應(yīng)急投棄，外掛投棄控制板功能正常。

最后進(jìn)行了機(jī)上地面試驗(yàn)，模擬進(jìn)行2 次吊艙投棄故障時操控狀態(tài)，未出現(xiàn)意外投棄的故障。另外進(jìn)行2 次模擬投棄試驗(yàn)，狀態(tài)正常。經(jīng)過實(shí)際的試飛驗(yàn)證，外掛投棄控制板功能正常，滿足后續(xù)試飛任務(wù)需要。

結(jié)語及思考

結(jié)語

通過機(jī)上排查和試驗(yàn)復(fù)現(xiàn)分析，被試系統(tǒng)工作原理分析，以及空中實(shí)際操作比對，確定意外投棄吊艙的原因是外掛投棄控制面板導(dǎo)線電流過大導(dǎo)致導(dǎo)線燒蝕短路，而造成導(dǎo)線燒蝕短路的原因是設(shè)計更改造成了外掛投棄控制板內(nèi)隔離措施失效，“正常供電”線路與“應(yīng)急供電”線路間存在潛在回路，在機(jī)上不關(guān)閉吊艙、顯控等設(shè)備用電，而直接關(guān)閉正常供電總電門的情況下，回路線路產(chǎn)生過大電流，從而導(dǎo)致導(dǎo)線燒蝕。

思考

a）被試產(chǎn)品設(shè)計的安全性和可靠性有待加強(qiáng)，裝機(jī)前應(yīng)充分考慮各種試飛使用環(huán)境和條件，提高設(shè)計的安全性和可靠性。

b）加強(qiáng)與廠所對試飛需求的溝通和協(xié)調(diào)，明確設(shè)計需求，充分進(jìn)行地面驗(yàn)證，保證成品的技術(shù)狀態(tài)，減少成品故障對試飛的影響。