Seminole飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)故障分析

張洪濤 楊 鑫

中國民航飛行學(xué)院洛陽分院

Seminole飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)故障分析

張洪濤 楊 鑫

中國民航飛行學(xué)院洛陽分院

張洪濤（1968.3）男，漢族，河南郾城人，中國民航飛行學(xué)院 MBA 工程師，從事機(jī)務(wù)維修管理、機(jī)務(wù)工程管理。楊鑫，1978年12月6日，畢業(yè)于鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，工學(xué)士學(xué)位 工程師 中國民航飛行學(xué)院洛陽分院，研究方向：機(jī)務(wù)工程維修管理。

美國Piper公司生產(chǎn)的Seminole飛機(jī)（工廠型號(hào)PA44-180）是一種小型可收放起落架的雙發(fā)螺旋槳活塞式飛機(jī)，該種機(jī)型的動(dòng)力裝置是兩臺(tái)美國Lycoming公司生產(chǎn)的O/LO-360-A1H6汽油活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。該型發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過程中，點(diǎn)火系統(tǒng)的故障是常見、多發(fā)且對(duì)飛行安全有較大影響的故障類型之一。因此，有必要對(duì)該機(jī)型發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的故障進(jìn)行全面分析，并有針對(duì)性地提出了維修和操作建議供維護(hù)和使用該型飛機(jī)的機(jī)務(wù)和飛行人員參考。

Seminole飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)簡介

美國Piper公司生產(chǎn)的Seminole飛機(jī)（工廠型號(hào)PA44-180）是一種小型可收放起落架的雙發(fā)螺旋槳活塞式飛機(jī)，該機(jī)型是國際上培訓(xùn)商業(yè)運(yùn)輸飛行員過程中的主要過渡機(jī)型，該種機(jī)型的動(dòng)力裝置是兩臺(tái)美國Lycoming公司生產(chǎn)的O/LO-360-A1H6汽油活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。該型發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過程中，點(diǎn)火系統(tǒng)的故障是常見、多發(fā)且對(duì)飛行安全有較大影響的故障類型之一。

活塞發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的功用是按照發(fā)動(dòng)機(jī)各氣缸規(guī)定的點(diǎn)火次序，適時(shí)地產(chǎn)生高強(qiáng)度的電火花以點(diǎn)燃?xì)飧字械挠蜌饣旌蠚?。點(diǎn)火系統(tǒng)由磁電機(jī)開關(guān)、磁電機(jī)、高壓導(dǎo)線、電嘴等組成。點(diǎn)火系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要系統(tǒng)，它的工作好壞直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、功率、經(jīng)濟(jì)性和工作可靠性。在實(shí)際運(yùn)行中，點(diǎn)火系統(tǒng)的故障主要集中在磁電機(jī)和電嘴。Seminole飛機(jī)每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝有2臺(tái)Slick磁電機(jī)，磁電機(jī)將高壓電通過高壓導(dǎo)線傳遞給氣缸上的電嘴，其中左磁電機(jī)控制1、3缸上部和2、4缸下部電嘴，右磁電機(jī)控制1、3缸下部和2、4缸上部電嘴。這樣可以保證在一個(gè)磁電機(jī)失效的情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)還可以正常工作。

主要故障及分析

電嘴

電嘴的功用是產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的油氣混合氣。Seminole飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在額定功率下，電嘴每分鐘點(diǎn)火接近1300次，要在15000～20000V的電壓下工作，工作時(shí)要承受混合氣燃燒產(chǎn)生的高壓、冷熱氣體高頻交替，還要保持適當(dāng)?shù)臏囟?。所以，要求電嘴具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，良好的絕緣性、密封性，能夠?qū)⒉糠譄崃考皶r(shí)傳遞給氣缸。

其常見故障有積碳、積鉛、間隙變大、掛油受潮。當(dāng)電嘴出現(xiàn)上述故障，性能變差時(shí)，其點(diǎn)火強(qiáng)度會(huì)減小或不點(diǎn)火，發(fā)動(dòng)機(jī)表現(xiàn)為抖動(dòng)或單磁掉轉(zhuǎn)較多等。

磁電機(jī)

磁電機(jī)的功用是適時(shí)地產(chǎn)生高壓電，并將高壓電按照點(diǎn)火次序分配給各氣缸，使電嘴產(chǎn)生電火花。其常見故障有：

磁電機(jī)內(nèi)漏

如果轉(zhuǎn)軸上的密封圈密封不良，附件機(jī)匣內(nèi)的滑油會(huì)以油霧形式進(jìn)入殼體并集聚。線包受潮而使絕緣性變差，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)降低；油污進(jìn)入斷電器觸點(diǎn)使觸點(diǎn)接觸不良或斷開不徹底。磁電機(jī)內(nèi)漏在故障早期，可以通過對(duì)磁電機(jī)分解檢查發(fā)現(xiàn)。在定期維護(hù)過程中，如果發(fā)現(xiàn)磁電機(jī)內(nèi)有滑油痕跡，及時(shí)更換磁電機(jī)消除故障隱患。

斷電器間隙不合適或觸點(diǎn)接觸不良

間隙過大或過小，會(huì)使二級(jí)線圈電壓降低，電嘴電火花減弱，發(fā)動(dòng)機(jī)掉轉(zhuǎn)過多、功率下降。斷電器觸點(diǎn)接觸不良，會(huì)使接觸電阻增大，低壓電流減小，二級(jí)線圈電壓降低。

分電臂松動(dòng)

高壓電通過分電臂傳給分電樁，再送至各氣缸電嘴。分電臂松動(dòng)會(huì)造成分電臂和分電樁的間隙發(fā)生跳動(dòng)，傳遞給各氣缸電嘴的電壓不穩(wěn)定，使發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)。

凸輪安裝U型架裂紋

凸輪安裝在磁電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，安裝端是U型結(jié)構(gòu)。當(dāng)U型架出現(xiàn)較大裂紋時(shí)，凸輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中可以沿周向移動(dòng)，會(huì)影響斷電器觸點(diǎn)斷開時(shí)機(jī)，從而影響各缸的提前點(diǎn)火角。另外，U型架在凸輪的側(cè)向力作用下，裂紋逐漸增大，當(dāng)完全斷裂時(shí)凸輪位置保持不住，磁電機(jī)不會(huì)產(chǎn)生高壓電。

線包絕緣性變差

線包絕緣性變差：線包絕緣性變差時(shí)，線包和殼體之間以及線包與附件的金屬接觸點(diǎn)和部件間發(fā)生放電現(xiàn)象，使磁能損失增大，二級(jí)線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)降低。在檢查單磁電機(jī)時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)掉轉(zhuǎn)較多，分解磁電機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)線包放電部分燒黑。線包絕緣性變差的主要原因是線包受潮和溫度過高。

軸承盤組件松動(dòng)

斷電器組件通過兩個(gè)螺釘固定在軸承盤組件上，軸承盤組件通過軸承盤壓塊和固定在磁電機(jī)殼體上的兩個(gè)螺釘保持軸向和周向位置不變。這樣，磁電機(jī)工作時(shí)斷電器組件相對(duì)于殼體位置不變，觸點(diǎn)間隙由轉(zhuǎn)軸上的凸輪控制，磁電機(jī)正常工作。軸承盤組件松動(dòng)后，斷電器組件相對(duì)于殼體位置不斷變化，觸點(diǎn)間隙不僅受凸輪控制，還受軸承盤位置影響，會(huì)造成磁電機(jī)工作不穩(wěn)定甚至不工作。軸承盤組件松動(dòng)主要原因是壓塊磨損軸承盤導(dǎo)致二者周向間隙增大。

沖擊聯(lián)軸器

沖擊聯(lián)軸器主要故障現(xiàn)象為地面啟動(dòng)困難、空中發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)、左磁電機(jī)不工作。經(jīng)過對(duì)故障磁電機(jī)的分解檢查，發(fā)現(xiàn)是左磁電機(jī)沖擊聯(lián)軸器故障造成的，主要表現(xiàn)為：磁電機(jī)上止動(dòng)銷釘有撞痕；沖擊聯(lián)軸器飛重塊小端有撞痕；被動(dòng)盤有撞痕；磁電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸有撞痕；限動(dòng)片和飛重銷失去鉚接作用造成被動(dòng)盤失去軸向和周向固定；磁電機(jī)封油環(huán)磨損產(chǎn)生大量金屬屑。

沖擊聯(lián)軸器主要由主動(dòng)盤、彈簧、被動(dòng)盤、飛重塊組成。其作用主要有兩個(gè)，一個(gè)是：啟動(dòng)時(shí)使磁電機(jī)得到一個(gè)短暫的加速，從而產(chǎn)生很高的電壓給電嘴以點(diǎn)燃混合氣；另外一個(gè)就是：延遲啟動(dòng)點(diǎn)火，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)有利提前點(diǎn)火角隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大而增大，設(shè)定的提前點(diǎn)火角是按照發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行的，在啟動(dòng)時(shí)需要適當(dāng)?shù)臏p小提前點(diǎn)火角。啟動(dòng)時(shí)飛重塊被止動(dòng)銷釘擋住，使被動(dòng)盤落后于主動(dòng)盤，當(dāng)飛重塊松開和被動(dòng)盤在旋緊彈簧的作用下加速旋轉(zhuǎn)時(shí)，點(diǎn)火時(shí)刻已經(jīng)較之正常情況落后了，符合啟動(dòng)時(shí)的要求。所以，其工作正常與否，不僅關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)能否順利啟動(dòng)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)是否正常工作也有較大影響。

沖擊聯(lián)軸器出現(xiàn)上述故障主要是被動(dòng)盤上飛重銷和限動(dòng)片失去鉚接作用，造成被動(dòng)盤失去軸向和周向固定，被動(dòng)盤在主動(dòng)盤凸起部分的帶動(dòng)下高速旋轉(zhuǎn)，不斷和磁電機(jī)轉(zhuǎn)軸撞擊，并切削磁電機(jī)封油環(huán)產(chǎn)生金屬屑。經(jīng)過分析，產(chǎn)生此故障發(fā)動(dòng)機(jī)共振的可能性較大。

振動(dòng)是由發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的不平衡力引起的。正常情況下，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)主要是由于發(fā)動(dòng)機(jī)承受扭矩的波動(dòng)造成的。發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩主要由兩部分組成，即慣性力和燃?xì)鈮毫ΑＨ魏挝矬w，不管其結(jié)構(gòu)、尺寸或材料如何，都會(huì)在某一特定頻率發(fā)生共振。當(dāng)活塞產(chǎn)生的周期性振動(dòng)力作用在曲軸上時(shí)，曲軸就產(chǎn)生了受迫振動(dòng)。當(dāng)做受迫振動(dòng)的系統(tǒng)穩(wěn)定后，其振動(dòng)頻率等于驅(qū)動(dòng)力的頻率，與系統(tǒng)的固有頻率無關(guān)。而當(dāng)驅(qū)動(dòng)力的頻率和物體的固有頻率相等時(shí)，振幅最大，也就產(chǎn)生了共振。當(dāng)發(fā)生共振時(shí)，如果系統(tǒng)的阻尼很小，振動(dòng)的幅值會(huì)很大。那么就會(huì)產(chǎn)生很大的動(dòng)應(yīng)力，也就產(chǎn)生巨大的加速度，這樣就會(huì)導(dǎo)致部件產(chǎn)生很大的噪聲、疲勞或失效。

當(dāng)沖擊聯(lián)軸器發(fā)生故障時(shí)，帶有沖擊聯(lián)軸器的磁電機(jī)的提前點(diǎn)火角會(huì)在正常值基礎(chǔ)上波動(dòng)，造成左右兩個(gè)磁電機(jī)點(diǎn)火角不同步，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失、抖動(dòng)；另外磁電機(jī)封油環(huán)上被切削下來的金屬屑通過附件機(jī)匣直接進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，會(huì)造成附件機(jī)匣齒輪工作面及發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部其它部件異常磨損，具有很大的危險(xiǎn)性。

使用維護(hù)中注意事項(xiàng)

點(diǎn)火系統(tǒng)故障最后都體現(xiàn)為電嘴跳火時(shí)機(jī)不對(duì)、火花弱或不跳火，從而導(dǎo)致各氣缸工作時(shí)壓力不均、氣缸內(nèi)的燃料燃燒不全和燃燒時(shí)間延長、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)點(diǎn)火不好，故障現(xiàn)象為發(fā)動(dòng)機(jī)抖動(dòng)、功率和經(jīng)濟(jì)性下降、啟動(dòng)不起來等。在飛行和維護(hù)過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

定檢維護(hù)時(shí)嚴(yán)格按照工卡檢查磁電機(jī)、高壓導(dǎo)線及電嘴的狀況，地面試車時(shí)確保參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)。

知道造成發(fā)動(dòng)機(jī)工作不穩(wěn)定的各種因素和相互關(guān)系，比如燃油系統(tǒng)故障或操作原因造成電嘴污染等。

嚴(yán)格按照試車程序進(jìn)行試車，避免地面慢車和全富油檢查單磁電機(jī)的時(shí)間過長，根據(jù)飛行階段及時(shí)調(diào)整貧富油，關(guān)車前要保證15～20s的清潔電嘴時(shí)間等。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.06.001