基于故障樹的尾翼除冰控制器故障淺析

田珍 吳楊 王海強

摘 要： 針對某型飛機在通電檢查過程中出現(xiàn)尾翼除冰系統(tǒng)無法正常執(zhí)行功能的情況，在機上排查了故障現(xiàn)象，基于故障分析法分析了故障原因，得到準(zhǔn)確的故障定位，解決成品故障，有效保障了飛機生產(chǎn)安全和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 尾翼除冰；控制器；故障

1.引言

在飛行過程中隨著飛行高度的升高，飛機外部濕度逐步增大，溫度逐漸降低，在一定范圍內(nèi)會達(dá)到冰點以下，此時會導(dǎo)致飛機外部產(chǎn)生結(jié)冰現(xiàn)象，其中在機翼和尾翼上產(chǎn)生的結(jié)冰會增加翼面空氣流動的摩擦力，阻礙空氣的流動，減小飛機升力，從而將嚴(yán)重影響飛機安全飛行。據(jù)統(tǒng)計，1967-2015年間，全球因飛機結(jié)冰而導(dǎo)致的重大飛行安全事故占總飛行事故的14.9%，可見防除冰系統(tǒng)對于飛機安全飛行具有極其重要的作用。某型機通電檢查過程中，在模擬結(jié)冰狀態(tài)下進(jìn)行左右側(cè)結(jié)冰功能切換時發(fā)現(xiàn)其無法實現(xiàn)位置切換，鑒于防除冰系統(tǒng)的極端重要性，有必要仔細(xì)研究故障的產(chǎn)生機理及有效的解決辦法。

2.故障現(xiàn)象

某型機通電檢查過程中發(fā)現(xiàn)，尾翼除冰控制器在進(jìn)行模擬工作時不能正常切換，光耦非正常工作能夠?qū)е庐a(chǎn)品左右切換信號不正常，從而造成CPLD可編程邏輯器件以及DSP數(shù)字信號處理器的錯誤判斷，使得配電盒不正常切換。按照系統(tǒng)工作原理，可以得出其故障樹如圖1所示。

3.故障分析

故障樹中引起該故障的模式有5種：A：除冰控制器故障B：配電盒故障C：電加溫組件故障D：外部故障E：軟件故障。

引起A故障的模式有4種：F：監(jiān)測電路故障，X1：接口電路故障，G：通訊故障，X2：除冰啟動信號異常。其中F對應(yīng)兩種故障模式：X11：短路監(jiān)測電路故障，X12：缺相監(jiān)測電路故障；G對應(yīng)兩種故障模式：X13：CAN通訊故障，X14：429通訊故障。

引起B(yǎng)故障的模式有3種：H：傳感器電路故障，X3：配電盒主開關(guān)故障，X4：配電盒區(qū)域開關(guān)故障，其中H對應(yīng)兩種故障模式：X15：短路傳感器故障，X16：缺相傳感器故障。

引起C故障的模式有2種：X5：加溫組件短路或開路，X6：加溫組件局部電阻變大。

引起D故障的模式有2種：X7：連接電纜故障，X8：供電電源故障。

引起E故障的模式有2種：X9：軟件邏輯缺陷，X10：軟件編碼錯誤。

在排故過程中，更換配電盒以后系統(tǒng)性能正常，因此，可以排除B、C、D、E故障模式，故障可定位為A故障模式。

配電盒返回試驗室檢測發(fā)現(xiàn)其切換功能一直無觸發(fā)信號，進(jìn)一步檢查后發(fā)現(xiàn)輸入隔離光耦無輸出，隨后將光耦返回承制廠進(jìn)行測試分析，根據(jù)質(zhì)檢結(jié)論，發(fā)現(xiàn)光耦第4、5、6通道輸入端發(fā)光芯片鍵合絲已斷裂，明顯存在輸入端大電流燒毀痕跡。而與其相連的分系統(tǒng)中另一只控制器的1、2、3通道輸出端并未損壞（輸出端有限流電阻3K），因此大電流信號不會是由于切換接口電路導(dǎo)通而出現(xiàn)的，造成大電流輸入的故障只有在Backup1、Switch1、Master1信號與28VGND信號之間存在較大電勢差（正向過電壓信號或反向過電壓信號）的情形下出現(xiàn)，如圖2所示。

光耦輸入端為發(fā)光二極管，在正向過電壓信號輸入時，二極管正向?qū)ǚ逯惦娏鲬?yīng)小于40mA，否則可能造成大電流損傷；在反向過電壓信號輸入時，二極管反向電壓耐受值為5V，當(dāng)電壓值超過5V時，此時造成發(fā)光二極管被擊穿，瞬間阻值無限小，也能夠造成大電流損傷。

對兩臺除冰控制器進(jìn)行測試，監(jiān)測光耦輸入端，上電啟動時，發(fā)現(xiàn)其7腳、9腳、11腳均存在超過5V電壓值的反向電壓。該電壓信號為電源電路充電過程中產(chǎn)生。控制器上電以后，電容在瞬間充電，負(fù)電荷迅速向電容負(fù)端累積，使得28VGND信號端產(chǎn)生正向電壓，而光耦輸入端Backup1、Switch1、Master1引腳被濾波器電路電感阻斷，電勢無變化，從而在光耦輸入端出現(xiàn)反向電壓。當(dāng)該電壓多次加載在光耦輸入端，能夠造成光耦輸入端被反向擊穿，由于光耦輸入端無限流電阻，導(dǎo)致其出現(xiàn)過流損傷的現(xiàn)象。

4.結(jié)論

根據(jù)分析可知，由于光耦過流導(dǎo)致產(chǎn)品左右切換信號不正常，從而造成CPLD可編程邏輯器件以及DSP數(shù)字信號處理器的錯誤判斷，使得配電盒不正常切換，對此，通過在光耦輸入端增加1k的限流電阻，實現(xiàn)對光耦的保護(hù)。改進(jìn)后進(jìn)行單臺除冰控制器測試，監(jiān)控多次除冰啟動及通斷過程，產(chǎn)品無故障；將改進(jìn)后的成品進(jìn)行裝機測試，故障現(xiàn)象未復(fù)現(xiàn)，因此可以確定電路改進(jìn)后有效避免了系統(tǒng)故障現(xiàn)象的再次發(fā)生，同時也提高了產(chǎn)品的可靠性和安全性。

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