某型直升機(jī)空中單發(fā)斷電故障分析

■ 王志杰 王炳輝 朱賽賽/江蘇潤(rùn)揚(yáng)通用航空有限公司 93066部隊(duì)

0 引言

隨著現(xiàn)代航空裝備技術(shù)的快速發(fā)展，航空器上電氣設(shè)備越來越多，集成化程度越來越高，對(duì)電源系統(tǒng)的依賴度也在不斷增大。直升機(jī)因具有對(duì)空域、場(chǎng)地要求低的巨大優(yōu)勢(shì)，近年來在民用航空領(lǐng)域保有量快速攀升。直升機(jī)電源系統(tǒng)一般分為交流電源系統(tǒng)和直流電源系統(tǒng)兩類，其中交流電源系統(tǒng)為主要供電系統(tǒng)，由兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)組成，正常情況下分別為全機(jī)交直流負(fù)載供電，當(dāng)一個(gè)子系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，另一系統(tǒng)可自動(dòng)并網(wǎng)轉(zhuǎn)換，繼續(xù)為全機(jī)負(fù)載供電。

1 故障現(xiàn)象

某型直升機(jī)在飛行過程中，座艙“左發(fā)電機(jī)故障告警燈”和“匯流條相連告警燈”突然燃亮，機(jī)組人員檢查左發(fā)電機(jī)電壓、電流均為0，右發(fā)電機(jī)供電正常，機(jī)上設(shè)備工作正常，判斷左發(fā)電機(jī)不發(fā)電或未能向左匯流條供電，飛機(jī)自動(dòng)切換為右發(fā)電機(jī)并網(wǎng)供電模式。按壓左發(fā)電機(jī)復(fù)位開關(guān)，供電未恢復(fù)，再次按壓復(fù)位開關(guān)，兩告警燈熄滅，但松開復(fù)位開關(guān)后，兩告警燈再次燃亮。

判讀該架次飛參數(shù)據(jù)，出現(xiàn)告警信號(hào)前，左右發(fā)電機(jī)供電正常，左右匯流條電壓一直穩(wěn)定在（28.6±0.05）V；告警信號(hào)出現(xiàn)后，左發(fā)電機(jī)電壓、電流均為0，左發(fā)電機(jī)故障指示信號(hào)由“0”變?yōu)椤?”，右發(fā)電機(jī)自動(dòng)并網(wǎng)供電，左右匯流條電壓有小幅下降，與空中反映故障現(xiàn)象一致。

2 原因分析

根據(jù)飛機(jī)故障現(xiàn)象和飛參判讀結(jié)果，查閱該型直升機(jī)維護(hù)手冊(cè)、故障分析手冊(cè)、電源系統(tǒng)供電原理圖和布線圖冊(cè)等維護(hù)技術(shù)資料，對(duì)照分析可能造成左發(fā)電機(jī)不供電故障的原因有：

1）發(fā)電機(jī)故障；

2）調(diào)節(jié)控制保護(hù)器故障；

3）發(fā)電機(jī)激磁控制線路故障；

4）保護(hù)線路工作，斷開發(fā)電機(jī)激磁線路；

5）機(jī)上輸電線路短路或斷路故障。

根據(jù)故障原因，確定機(jī)上排查的重點(diǎn)部位有：發(fā)電機(jī)及其負(fù)極線、轉(zhuǎn)換接觸器、濾波器、分流器、調(diào)節(jié)控制保護(hù)器、反流保護(hù)器、短路保護(hù)插件及延時(shí)繼電器、二極管插件板、電源控制板以及電源系統(tǒng)線路、交直流負(fù)載設(shè)備等。

3 故障排查

根據(jù)故障現(xiàn)象、可能原因及電源系統(tǒng)工作原理，分別對(duì)飛機(jī)左右電源系統(tǒng)各機(jī)件、線路逐一進(jìn)行檢查比對(duì)。

1）發(fā)電機(jī)及其負(fù)極線：晃動(dòng)檢查發(fā)電機(jī)接線無松動(dòng)；測(cè)量各線圈無短路、斷路；檢查碳刷高度為21mm（標(biāo)準(zhǔn)值為不低于17mm）；整流子表面光潔，無劃傷、燒蝕痕跡；測(cè)量發(fā)電機(jī)與機(jī)體絕緣阻值為500MΩ（標(biāo)準(zhǔn)值≥20kΩ）。檢查發(fā)電機(jī)負(fù)極線固定牢靠，與機(jī)體接觸面光滑平整，無氧化燒蝕現(xiàn)象。拆下發(fā)電機(jī)，檢查傳動(dòng)軸及花鍵套齒，無異常磨損。

2）轉(zhuǎn)換接觸器：檢查轉(zhuǎn)換接觸器插銷、接線電纜固定螺帽無松動(dòng)、打火、銹蝕等異?，F(xiàn)象；拆卸轉(zhuǎn)換接觸器，測(cè)量接觸器內(nèi)部左右線圈電阻值均為580Ω，常閉觸點(diǎn)阻值為0.5Ω，常開觸點(diǎn)阻值為∞，各項(xiàng)性能參數(shù)均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3）濾波器：檢查濾波器電纜插頭各插釘無松動(dòng)、縮針、偏斜現(xiàn)象，測(cè)量輸入與輸出接線柱之間電阻為0.39Ω，接線柱與殼體絕緣性良好。

4）分流器：檢查分流器安裝固定牢靠，電纜插頭各插釘無松動(dòng)、縮針、擴(kuò)孔現(xiàn)象，測(cè)量輸入與輸出接線柱之間電阻為0.47Ω，接線柱與殼體絕緣性良好。

5）調(diào)節(jié)控制保護(hù)器：檢查左調(diào)節(jié)控制保護(hù)器電纜插頭、插釘無松動(dòng)，電纜上的GPE85線束外絕緣層有部分磨損，內(nèi)部導(dǎo)線束絕緣良好，對(duì)線束磨損處進(jìn)行重新包扎防護(hù)。檢查1△接線排上所有與調(diào)節(jié)控制保護(hù)器相連線路，阻值均不大于0.5Ω。檢查左右調(diào)節(jié)控制保護(hù)器負(fù)載均衡線路絕緣層良好，連線導(dǎo)通性能良好，與殼體絕緣性良好。

6）反流保護(hù)器：檢查反流保護(hù)器安裝固定牢靠，各接線固定良好，線路無斷絲、磨損。測(cè)量S接線柱接地良好；檢查內(nèi)部線圈左右阻值匹配，測(cè)量值為430Ω；檢查常開觸點(diǎn)2-3接線柱阻值為∞，性能參數(shù)均符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

7）短路保護(hù)插件及延時(shí)繼電器：檢查短路保護(hù)插件安裝牢靠，電路板上連接點(diǎn)無氧化銹蝕，卡槽上金屬接觸彈片彈力正常；插件板上的電阻、電容、二極管、三極管外觀無燒蝕、鼓包。檢查延時(shí)繼電器插針無彎曲變形，測(cè)量常閉觸點(diǎn)1-3和2-4的阻值均為0.4Ω，內(nèi)部線圈阻值為380Ω，技術(shù)狀態(tài)正常。

8）二極管插件板：參照短路保護(hù)插件檢查方法，檢查二極管插件板外觀正常；測(cè)量插件板上二極管壓降值均符合規(guī)定要求，檢查其安裝方向和反向截止性能無異常，與右側(cè)二極管插件板相同部位進(jìn)行對(duì)照測(cè)量，確定技術(shù)狀態(tài)正常。

9）電源控制板：測(cè)量電源控制板后側(cè)雙發(fā)電機(jī)開關(guān)控制的四根接線（EE、FF、J、Y）導(dǎo)通性良好，阻值均為0.45Ω；測(cè)量復(fù)位開關(guān)后的KK、G接線接地情況良好，開關(guān)功能正常。

10）電源系統(tǒng)線路：對(duì)左右電源系統(tǒng)所有接線逐根進(jìn)行分段排查，發(fā)現(xiàn)左發(fā)電機(jī)正線與機(jī)體隔框有摩擦，但內(nèi)部絕緣層和線芯未露出，重新進(jìn)行包扎固定，其余線路未發(fā)現(xiàn)異常。

11）電源系統(tǒng)負(fù)載：利用地面電源車對(duì)機(jī)載設(shè)備進(jìn)行通電檢查正常，用機(jī)上蓄電瓶進(jìn)行通電檢查時(shí)，右側(cè)蓄電瓶接觸器開關(guān)打開后，沒有出現(xiàn)半邊供電現(xiàn)象，與正?，F(xiàn)象不符。根據(jù)該異常現(xiàn)象，對(duì)照供電線路圖冊(cè)，判斷左右匯流條之間出現(xiàn)非正常短接。在通電狀態(tài)下，采取逐個(gè)通斷機(jī)上用電設(shè)備斷路器的方式，最終發(fā)現(xiàn)5α斷路器板上的B5斷路器接線上57G二極管正負(fù)極接反。將該57G二極管恢復(fù)正確安裝方向后，再次打開右側(cè)蓄電瓶接觸器開關(guān)，飛機(jī)各設(shè)備供電正常。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)照飛機(jī)供電系統(tǒng)圖冊(cè)及電源系統(tǒng)工作原理分析，當(dāng)57G二極管反接并出現(xiàn)左匯流條電壓低于右匯流條電壓時(shí)，會(huì)形成自右匯流條向左匯流條的電流通路，當(dāng)電壓差達(dá)到一定值時(shí)，會(huì)使左匯流條形成反流保護(hù)。為準(zhǔn)確核查故障原因，結(jié)合試車模擬驗(yàn)證飛行中57G二極管反接對(duì)電源系統(tǒng)的影響，具體試驗(yàn)過程如下：

1）將57G二極管恢復(fù)正確安裝方向，采取間斷接通和斷開發(fā)電機(jī)開關(guān)的方式，先后4次檢查左發(fā)電機(jī)斷電后飛機(jī)均能正常并網(wǎng)供電；

2）將57G二極管反接，當(dāng)將左發(fā)電機(jī)電壓調(diào)低至27.8V時(shí)，手動(dòng)斷開左側(cè)發(fā)電機(jī)，然后按壓復(fù)位開關(guān)，發(fā)電機(jī)復(fù)位不成功，如此時(shí)將B5斷路器斷開，左發(fā)電機(jī)能正常復(fù)位供電；

3）將57G二極管恢復(fù)至正確安裝方向，按每次0.1V的幅度調(diào)低左側(cè)發(fā)電機(jī)電壓至27.2V，并間斷接通和斷開發(fā)電機(jī)開關(guān)，檢查發(fā)電機(jī)供電工作正常。

根據(jù)以上試驗(yàn)過程，可判斷57G二極管反接是發(fā)電機(jī)自動(dòng)斷電保護(hù)及復(fù)位不成功的主要原因。

5 故障機(jī)理分析

經(jīng)綜合排查及試驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)該機(jī)空中單發(fā)斷電故障原因?yàn)?7G二極管正負(fù)極接反，造成右匯流條至左匯流條之間形成反流通道，當(dāng)短路保護(hù)插件探測(cè)到逆向電壓瞬時(shí)超過某一臨界值時(shí)，RL3線圈工作，斷開發(fā)電機(jī)激磁線路，導(dǎo)致左發(fā)電機(jī)自動(dòng)斷電。

通過查閱匯流條向起落架控制面板電路圖（見圖1）可知，PP15連接左發(fā)電機(jī)匯流條，PP12連接右發(fā)電機(jī)匯流條，共同為起落架控制和指示控制面板提供雙路供電，其中56G、57G二極管用于隔離左、右匯流條電壓的相互干擾，確保左右發(fā)電機(jī)供電獨(dú)立。當(dāng)57G二極管正負(fù)極反接時(shí)，會(huì)形成由右匯流條經(jīng)56G、57G二極管流向左匯流條的逆向電流回路。在飛機(jī)長(zhǎng)期使用過程中，隨著左發(fā)電機(jī)性能下降及飛行中負(fù)載影響，當(dāng)左發(fā)電機(jī)電壓低于右發(fā)電機(jī)電壓超過56G和57G管壓降之和時(shí)，電流回路會(huì)出現(xiàn)對(duì)左匯流條的瞬間反壓沖擊。當(dāng)短路保護(hù)插件探測(cè)到該壓降值低于某臨界值時(shí)，會(huì)控制內(nèi)部RL3繼電器動(dòng)作，斷開發(fā)電機(jī)激磁線路，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)自動(dòng)斷電。

圖1 匯流條向起落架控制面板電路圖

6 措施建議

1）全面校驗(yàn)機(jī)件。為防止因57G二極管反接可能導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)、調(diào)節(jié)控制保護(hù)器、反流保護(hù)器等電源系統(tǒng)元器件內(nèi)部隱性損傷，對(duì)該機(jī)電源系統(tǒng)相關(guān)部附件進(jìn)行離位校驗(yàn)，確定其性能參數(shù)符合規(guī)定后再裝機(jī)使用。

2）建立監(jiān)控周期。由于電源系統(tǒng)隱性故障的不確定性，對(duì)該機(jī)重點(diǎn)監(jiān)控使用一個(gè)T檢周期。期間每次飛行及地面試車時(shí)，重點(diǎn)檢查機(jī)上電流、電壓等相關(guān)參數(shù)，在發(fā)生告警信號(hào)跳閃、電壓電流指示不正常等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)通過飛參判讀、功能檢查、性能測(cè)試等方法查明原因，確保隱患?xì)w零。

3）嚴(yán)格性能監(jiān)控。加強(qiáng)對(duì)該機(jī)電源系統(tǒng)及起動(dòng)裝置的檢查，飛行中出現(xiàn)發(fā)電機(jī)自動(dòng)斷電問題時(shí)，無論能否手動(dòng)復(fù)位，均應(yīng)立即返場(chǎng)或就近著陸；其他系統(tǒng)發(fā)生供電故障時(shí)，也應(yīng)同步檢查飛機(jī)電源線路和起動(dòng)系統(tǒng)工作情況。

4）加強(qiáng)系統(tǒng)整治。結(jié)合飛機(jī)線路循環(huán)整治工作，每季度開展一次電源系統(tǒng)線路專項(xiàng)檢查，及時(shí)處理導(dǎo)線束磨損、負(fù)極線松動(dòng)等類似故障隱患，不斷研究完善電源系統(tǒng)地面通電和檢查程序，固化到日常檢查及維修工卡中，以提高飛機(jī)電源系統(tǒng)檢查維護(hù)的質(zhì)量效果。