西門羅爾飛機整機斷電問題研究及故障分析

柳昌齡

摘要：電源系統(tǒng)是飛機的重要系統(tǒng)，整機斷電會導致中斷飛機的所有通訊導航功能。飛機電源系統(tǒng)供電質(zhì)量及其設備的可靠性，影響著飛機所有電子設備的正常工作，因此對于整機斷電問題的研究有著重要意義。PA44180飛機采用交流直流發(fā)電機，將發(fā)出的交流電經(jīng)二極管整流后變成直流電，然后送到飛機供電網(wǎng)絡每臺發(fā)電機的勵磁來自于各自的調(diào)壓器。我們通過對交流電源系統(tǒng)部件的研究，來分析造成整機斷電的主要原因和在維護中可以采取的措施。

關鍵詞：整機斷電；交流發(fā)電機；鉛酸電瓶

2017年，學院一架PA44180飛機起飛后，機組發(fā)現(xiàn)發(fā)動機參數(shù)指針（滑油溫度、汽缸頭溫度、排氣溫度）向右擺動一下，檢查發(fā)現(xiàn)左發(fā)電機輸出電流正常，右發(fā)電機輸出電流指針亂擺，機組立即報告進近，進近指令機組立即聯(lián)系塔臺，還沒有換到塔臺頻率，第二部GPS失效，接著出現(xiàn)整機斷電。機組按照應急程序處置，該機在塔臺指揮下安全著陸。

1 PA44180飛機電源系統(tǒng)介紹

交流發(fā)電機內(nèi)部有一個由發(fā)動機帶動轉子（旋轉磁場），磁場外有一個定子繞組， 繞組有3組線圈（3相繞組），3相繞組彼此相隔120度。當轉子旋轉時，旋轉的磁場使固定的電樞繞組切割磁力線（或者說使電樞繞組中通過的磁通量發(fā)生變化）而產(chǎn)生電動勢。

PA44180飛機安裝了兩臺發(fā)電機（勵磁方式：他勵式，單臺額定輸出電壓14V，額定輸出電流70A）和一個鉛酸蓄電瓶（額定電壓12V，額定容量23AH），三者并聯(lián)向飛機電網(wǎng)供電。發(fā)電機和電瓶分別通過70A和60A的斷路器與連接匯流條（TIE BUS）相連接，再通過斷路器分別輸往主匯流條（MAIN BUS）、1和2號電子匯流條（AV BUS）、非重要匯流條（NONESS）。每臺交流發(fā)電機有一個調(diào)壓器，提供電壓調(diào)節(jié)和過壓保護功能。調(diào)壓器實現(xiàn)三個功能：

1）電壓調(diào)節(jié)；

2）過壓保護；

3）負載均衡。

PA44180飛機正常巡航狀態(tài)整機電氣負載43A左右，短時間隙負載77A左右，總負載為120A左右。當飛機單臺發(fā)電機失效時，另外一臺發(fā)電機和電瓶仍能供應130A以下負載，不會造成突發(fā)整機空中斷電。勵磁電流由主匯流條通過發(fā)電機勵磁斷路器、發(fā)電機主電門和電壓調(diào)節(jié)器加載到發(fā)電機的勵磁繞組上（電樞轉子），轉子轉動時產(chǎn)生旋轉磁場，在發(fā)電機定子線圈產(chǎn)生感應電勢，產(chǎn)生交流電，經(jīng)整流器整流變?yōu)橹绷鬏敵龅秸髌靼惭b板，通過安裝在整流板上的輸出接線柱輸出，供向飛機電網(wǎng)。

飛機裝有2個電流表，分別指示左、右發(fā)電機的輸出電流大小。電流表最大量程為100A，發(fā)電機正常供電時，電流表指示值不超過60A。飛機裝有一個低電壓監(jiān)控器，感受連接匯流條的電壓是否低于12.5V。如果連接匯流條電壓低于12.5V，則警告燈板上的低電壓（LO BUS）警告燈燃亮。飛機裝有一個發(fā)電機故障（ALT）警告燈，反映發(fā)電機不發(fā)電的故障模式。ALT故障燈的信號由電壓調(diào)節(jié)器提供，信號采集點為發(fā)電機AUX接線柱，當任意一臺發(fā)電機出現(xiàn)過壓保護等不正常情況時，將造成發(fā)電機不發(fā)電，系統(tǒng)會觸發(fā)ALT故障警告。

2 發(fā)生故障后的檢查工作

PA44180飛機發(fā)生整機斷電后，我們對以下一些部件進行了檢查和測試：

1）座艙儀表板、斷路器板、各開關旋鈕、手柄檢查均正常。

2）電瓶外觀狀況正常，接線柱及接線固定良好，電解液無滲漏和溢出現(xiàn)象。測量電瓶電壓為12.93V，各單格電解液高度均高于極板。對電瓶進行容量測試，C1放電率（23A）放電60分鐘電壓為10.4V，容量為100%。通過檢查電瓶無故障、狀況良好。

1）左右調(diào)壓器、電瓶輸出接觸器、地面電源輸出接觸器、左右發(fā)起動接觸器、左右發(fā)電機電流分流器安裝固定可靠，導線及其連接狀況良好。

2）左、右發(fā)電機固定可靠，傳動皮帶無損傷、斷裂，兩個傳動輪在同一旋轉面上，發(fā)電機通風管無破損，管道無堵塞，發(fā)電機安裝支架狀態(tài)良好、固定可靠、無裂紋。發(fā)現(xiàn)右發(fā)電機輸出接線柱明顯松動、其纖維襯套嚴重變形。

3 故障原因分析

由于發(fā)電機輸出接線柱上的電流較大，輸出接線柱上的襯套為纖維材質(zhì)，在長期使用中材料受熱、老化，并在壓緊螺帽的作用下產(chǎn)生塑性變形；接線柱根部與整流板之間固定緊度降低，接觸不良，造成接觸電阻增大，接線柱根部局部發(fā)熱加劇，由于熱傳遞使其上部纖維襯套受熱變形加大，接線柱根部與整流板之間產(chǎn)生間隙、電弧跳火（在此過程中右電流表出現(xiàn)大幅擺動），局部溫度急劇升高，導致接線柱根部嚴重燒蝕，整流板上的接線柱安裝孔燒蝕，整流板與殼體之間的絕緣襯墊嚴重燒蝕、缺口，導致接線柱在絕緣的襯墊缺口處與發(fā)電機殼體短路搭接，發(fā)電機殼體接線柱貫穿孔內(nèi)側燒蝕（見下圖）。

當右發(fā)電機接線柱與發(fā)電機殼體短路時，就意味著飛機連接匯流條通過此短路點短路，造成飛機整個電網(wǎng)短路。在短路電流的作用下，左、右發(fā)電機調(diào)壓器自動調(diào)節(jié)勵磁電流，升高發(fā)電機輸出電壓，當電壓高于17V時，調(diào)壓器過壓保護，切斷發(fā)電機勵磁電路，左、右發(fā)電機停止輸出。隨后電瓶60A斷路器在短路過載電流作用下跳起保護，電瓶從電網(wǎng)斷開，飛機整機斷電。 由于從電網(wǎng)短路發(fā)展到整機斷電的過程時間極短，飛機發(fā)電機故障（ALT）警告燈和飛機低電壓（LO BUS）警告燈一次性瞬時閃亮，機組人員難以察覺。

4 結語

鑒于飛機維修手冊對發(fā)電機接線柱、纖維襯套及壓緊螺帽無檢查要求，建議咨詢廠家，完善和細化維修標準。對外場維修人員進行發(fā)電機構造、原理等知識的培訓，提高外場人員對發(fā)電機接線柱構造的認識。建議機組在飛行中加強對發(fā)電機電流表指示的監(jiān)控，如果飛行中發(fā)現(xiàn)電流表指示擺動等異?，F(xiàn)象，按照《飛行手冊》中發(fā)電機故障應急情況進行處置。還應當制定飛機老齡電源系統(tǒng)各電氣線路接線片腐蝕性檢查措施。