某型航空發(fā)動機電子控制系統(tǒng)地面維護設(shè)備研究及應(yīng)用

鄭四德 鄧林 周浩銳/成都航利（集團）實業(yè)有限公司

1 研制背景

某型發(fā)動機為引進產(chǎn)品，其電子控制系統(tǒng)為全權(quán)限數(shù)字電子控制（FADEC）系統(tǒng)，主要組成部分包括電子控制器（EEC）和數(shù)據(jù)采集單元（DCU）。EEC 在工作時采集和產(chǎn)生大量發(fā)動機參數(shù)信息，但只向駕駛艙系統(tǒng)傳輸少部分參數(shù)。DCU 為發(fā)動機唯一身份標(biāo)識，其中存儲了發(fā)動機的多項重要參 數(shù)。

該型發(fā)動機日常使用維護中需要專用地面維護設(shè)備與EEC、DCU 建立通信連接，以此實現(xiàn)發(fā)動機參數(shù)調(diào)整、數(shù)據(jù)卸載與修改、監(jiān)控與回放、故障判斷等維護操作，能夠應(yīng)用于試車保障、外場排故、重要信息存儲及發(fā)動機性能判斷。由于引進受限，國內(nèi)沒有該型發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的地面維護設(shè)備，亟需開展自主研制。

本文針對該型發(fā)動機電子控制系統(tǒng)電路原理、通信協(xié)議、控制規(guī)律等內(nèi)容進行研究，設(shè)計了一套地面維護設(shè)備，應(yīng)用于發(fā)動機地面維護。

2 設(shè)備研制

該型發(fā)動機地面維護設(shè)備包括數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（含軍用筆記本電腦和上位機軟件）、信號合成器、連接電纜、便攜式工具箱等。地面維護設(shè)備組成框圖如圖1 所示。

2.1 硬件設(shè)計

信號合成器是系統(tǒng)信號處理電路的重要組成部分，將EEC、DCU 和上位機檢測軟件等系統(tǒng)部件連接在一起，主要實現(xiàn)以下功能。

1）通過USВ 與軍用筆記本電腦連接，解析上位機發(fā)來的控制指令。由于該系列飛機配裝多臺該型發(fā)動機，信號合成器需接收并識別上位機對某臺EEC或DCU 的控制指令。

2）將控制指令發(fā)送到EEC 或DCU，并接收EEC 或DCU 的反饋信號。轉(zhuǎn)發(fā)上位機控制指令用以控制某臺EEC或DCU，接收某臺EEC 或DCU 信號用以數(shù)據(jù)解析或者故障判斷。

3）多臺EEC 監(jiān)控時的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。在飛機不斷電、不更換電子連接器的情況下，可靈活監(jiān)控每臺發(fā)動機試車參數(shù)。

4）單獨維護DCU 時，對DCU 進行供電。信號合成器電源模塊可直接使用220V、50Hz 交流電作為主電源，后級電源將該交流主電源轉(zhuǎn)換為+28V 直流電源（電流限1A），以供其DCU 工作使用?？蓾M足在飛機不具備上電條件或者DCU 從發(fā)動機上拆卸后對DCU 進行維護。該模塊還包括輸入欠壓提升、輸入過壓（浪涌）保護、防接反保護等功能。

圖1 地面維護設(shè)備組成框圖

連接電纜采用特別的接地和屏蔽措施，可有效防止外部干擾和對外的電磁輻射，電子連接器均采用軍用標(biāo)準(zhǔn)。電氣接頭均具有明顯標(biāo)志，具有防差錯設(shè)計。在接插件的選擇上，選擇抗振動、接觸性能好的接插件。

便攜式工具箱用于存放上位機電腦、信號合成器及相關(guān)電纜。

2.2 軟件設(shè)計

該型發(fā)動機地面維護設(shè)備結(jié)合信號合成器完成對相關(guān)參數(shù)的測量、調(diào)試，同時對測試處理結(jié)果進行存儲、寫入、顯示等功能，從而完成相應(yīng)的檢測工作。地面維護設(shè)備軟件采用美國NI 公司LabVIEW 軟件作為開發(fā)平臺，具有良好的可擴展性。

軟件分為三層結(jié)構(gòu)，分別為數(shù)據(jù)接口層、邏輯處理層和展現(xiàn)層。數(shù)據(jù)接口層負(fù)責(zé)產(chǎn)品與軟件系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互；邏輯處理層負(fù)責(zé)各功能模塊的處理邏輯；展現(xiàn)層為用戶使用界面，如圖2所示。

地面維護設(shè)備數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)由計算機和上位機軟件共同組成。計算機根據(jù)實際需求配置便攜式軍用筆記本。主要實現(xiàn)如下功能。

1）實現(xiàn)DCU 數(shù)據(jù)查看、下載、存儲和更改。該模塊共計30 項參數(shù)，主要包括發(fā)動機修正和標(biāo)識信息、發(fā)動機歷史使用數(shù)據(jù)、發(fā)動機歷史超限數(shù)據(jù)以及發(fā)動機主要部件疲勞計數(shù)壽命信息。

2）實現(xiàn)EEC 數(shù)據(jù)實時監(jiān)控與存儲。該模塊共計50 項參數(shù)，主要包括關(guān)鍵故障、非關(guān)鍵故障、離散狀態(tài)量以及發(fā)動機的轉(zhuǎn)速、溫度等重要參數(shù)信息。查看各種信息的操作簡單、迅速、直觀，提供信息的方式多樣（數(shù)據(jù)、儀表、曲線、顏色、表格等），能充分地引起地面試車人員注意。

3）實現(xiàn)EEC 數(shù)據(jù)分析。該模塊可記錄EEC 監(jiān)控界面的所有參數(shù)，必要時可對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行回看，為故障排除或者狀態(tài)監(jiān)控提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)分析采用表格形式和圖形化顯示，可根據(jù)需求查看指定參數(shù)。

4）權(quán)限功能。該模塊對軟件使用人員設(shè)置不同權(quán)限，明確規(guī)定使用人員的操作權(quán)限。只有在授權(quán)許可的權(quán)限下才能使用該地面維護設(shè)備。

5）日志功能。日志功能記錄數(shù)據(jù)被更改的時間、更改的人員、更改前的數(shù)據(jù)值以及更改后的數(shù)據(jù)值，日志記錄詳細(xì)全面，方便查詢，便于操作，有跡可循，可以明確具體責(zé)任人，提高工作效率。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

該地面維護設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)是能夠獲取EEC、DCU 中的重要參數(shù)信息，并進行修改。

目前該型飛機的座艙系統(tǒng)、飛參系統(tǒng)均無法獲取顯示發(fā)動機超限故障字、ITT 超限累計時間、NG 超限累計時間、Q 超限累計時間等重要超限參數(shù)信息。當(dāng)飛機報故但無法準(zhǔn)確定位判斷故障時，該類信息可以通過地面維護設(shè)備獲取，并解析分析。例如，當(dāng)獲取超限狀態(tài)字為“34”時，解析其二進制碼第2/6 位為1（參照表1），可以判定該發(fā)動機為T5 溫度超限進入C1 區(qū)，再依照相應(yīng)流程進行處理。

圖2 軟件架構(gòu)圖

表1 超限表

當(dāng)飛機座艙報DCU 關(guān)鍵故障時，依照發(fā)動機維護手冊進行故障隔離操作第三步時（見圖3），需要檢查DCU 中的三項配平值，當(dāng)出現(xiàn)與發(fā)動機標(biāo)牌值不一致時還需要更改。通過地面維護設(shè)備即可直接讀取該重要配平信息，并精確修改以確保其參數(shù)值的正確性，完成對故障的快速隔離。

4 設(shè)備外場應(yīng)用

4.1 EEC 應(yīng)用

一架發(fā)動機更換EEC 后進行地面試車，應(yīng)用地面維護設(shè)備對該發(fā)動機試車數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，同時對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行保存。通過保存的試車數(shù)據(jù)可回放試車時特定狀態(tài)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，可替代試車時的目視讀數(shù)，便于試車記錄單的準(zhǔn)確填寫。且該設(shè)備較飛參系統(tǒng)監(jiān)控EEC獲得的參數(shù)更加全面，數(shù)據(jù)更新率也高于飛參系統(tǒng)，可作為發(fā)動機數(shù)據(jù)錄取以及故障判斷的重要依據(jù)。

4.2 DCU 應(yīng)用

一起飛機在飛行過程中發(fā)生T5 燃?xì)鉁u輪溫度變化異常并報超溫告警。應(yīng)用地面維護設(shè)備對該發(fā)DCU 進行存儲信息讀取，發(fā)現(xiàn)其存在超限故障，結(jié)合飛參數(shù)據(jù)分析判斷，該故障是由T5 傳感器部件異常導(dǎo)致的超限告警。對故障件T5 熱電偶及電纜進行檢查，熱電偶性能合格，T5 電纜性能不合格且參數(shù)異常變化，破壞性分解檢查發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部導(dǎo)線斷裂，故障定位完成（見圖4）。

圖3 故障隔離圖

T5 電纜導(dǎo)線斷裂引起T5 溫度跳變，進入超限區(qū)域，導(dǎo)致飛參超限告警，發(fā)動機其他參數(shù)均正常，屬于虛警問題。更換T5 電纜導(dǎo)線，應(yīng)用地面維護設(shè)備清除DCU 超限狀態(tài)字，排除故障。

一架飛機在地面通電時駕駛艙間歇性報DCU 關(guān)鍵故障和DCU 修正數(shù)據(jù)失效非關(guān)鍵故障。檢查電纜、連通性均正常，應(yīng)用地面維護設(shè)備對DCU 進行通信測試，發(fā)現(xiàn)其通信存在間歇性中斷故障，且讀取DCU 內(nèi)部數(shù)據(jù)后比對數(shù)據(jù)信息正常，判斷該故障是由DCU自身通信故障導(dǎo)致飛機無法獲取DCU 信息。

應(yīng)用地面維護設(shè)備將故障DCU 和串用DCU 的信息存儲備份，再將故障DCU 的數(shù)據(jù)寫入串用DCU 中，安裝通電后一切參數(shù)正常，飛機恢復(fù)正常 使用。

4.3 應(yīng)用反饋

以上兩個案例，或是通過地面維護設(shè)備從DCU 內(nèi)部數(shù)據(jù)排查飛機故障源頭以恢復(fù)DCU 正常使用，或是通過地面維護設(shè)備對DCU 進行通信測試，同時在更（串）換DCU 時用于數(shù)據(jù)存儲備份以及寫入恢復(fù)，證明該設(shè)備在發(fā)動機維護工作中發(fā)揮了應(yīng)有的作用。并且，結(jié)合使用者反饋的建議，已對該設(shè)備進行了優(yōu)化設(shè)計。目前已經(jīng)正式交付兩套設(shè)備，外場使用情況較好，獲得了用戶的認(rèn)可。

圖4 T5傳感器故障圖

5 結(jié)論

在國內(nèi)沒有該型發(fā)動機電子控制系統(tǒng)地面維護設(shè)備的情況下，通過電路分析、通信接口分析等多種方式，充分掌握了該型發(fā)動機電子控制系統(tǒng)原理，結(jié)合外場使用維護需求，自主研制了該型發(fā)動機電子控制系統(tǒng)的地面維護設(shè)備，經(jīng)外場試用，成功排除了多起故障，有效保障了裝備的完好性，不僅為裝備外場維護能力提供了設(shè)備支撐，后續(xù)還可以適應(yīng)性進行改進以滿足修理單位地面檢測、車臺試車等多方面需求。