飞机发动机起动系统在线检查仪的研制

战祥新，郝世勇，于春风

（海军航空工程学院 青岛校区，山东 青岛 266041）

发动机转子由静止状态加速到慢车转速的过程称为起动过程。飞机发动机起动系统是由起动机把发动机转子（或曲轴）从静止状态加速到独立工作转速的控制系统，它是由机械、电气、燃油等组成的复杂控制体系，但主要部分还是机械和电气两大部分。通过调查分析，由于电气系统出现问题导致起动失败的比例比较高，可以说是发动机起动失败的一个主要原因。因此，起动系统出现故障时，一般首先进行电气故障的查找和排除，但由于电气附件比较多、控制关系复杂、与机械结构交合等特点，排除相对困难[1]。

飞机列装部队初期，发动机起动系统性能相对稳定，随着飞机服役期的增长，内部线路老化、触点积碳严重、定时不准确以及继电器工作不可靠等现象逐渐出现，且日趋严重。必然要求提高部队的维护水平，加强质量控制与管理、提高外场与修理厂的检测、监控及维修的水平等，做到提前发现问题、提前排除隐患。因此应着重加强部队的检测手段和方法的建设，提高技术人员故障分析能力和排除能力，做到快速修理、快速恢复。

1 发动机起动系统存在的主要问题

相比较飞机其他系统而言，发动机起动系统出现故障具有以下特点：一是直接观察的故障现象比较少，集中表现在不能起动或中途停车；二是机上相关仪表及信号灯较少、显示时间短、不易观察；三是从原理分析诱发故障因素多达20余个，很难通过串换件方法判断故障点。因而发动机起动系统排故是部队维护过程中最难完成的工作之一。排故时，如果缺乏有效的检测手段而造成故障难以定位，将严重影响飞机正常状态的恢复。

比如，发动机起动系统最关键的部件之一—起动箱，飞机列装部队早期，发动机起动系统性能比较稳定，尽管起动箱未列入定检工作，也基本不影响起动系统的正常工作，但随着飞机服役期的增长，由于大修时不更换新件，也没有寿命控制，起动箱的老旧问题日益突出，频繁出现各类故障。严重影响了发动机起动系统的正常工作。因此起动箱应尽快列入部队修理厂的定检工作项目以保证其状态的完好性。

图1 静态测试接线原理图Fig.1 Wiring schematic diagram of static test

装机前检查特别是对故障多发性、危险性关键部件的检查是提高飞机可靠性，保障安全飞行的重要手段。因此，研制飞机发动机起动系统的综合在线检查仪，出现故障后，能够快速分析并排除故障，保障飞机完好率和战斗力。在进行重大任务前检查工作中，原位检测起动箱的各项参数和性能指标，检查相关起动附件的电阻和通断情况，以保障完成重大任务的可靠性。在多发性、危险性故障预防工作中，原位检验起动箱的各项参数和性能指标，检查相关起动附件的电阻和通断情况，以查找故障隐患。

2 检查仪测试原理设计

根据发动机起动系统的工作特点，将检查仪分为静态测试和动态测试两种工作状态[2]。

2.1 静态测试方法设计

静态测试指的是在发动机不工作的情况下进行的测试，测试连接框图见图1所示。利用检查仪配套的静态测试电缆将被测设备的接口和检查仪静态测试接口进行连接，可根据测试要求进行测试项目的选择。静态测试时只能选择单发进行测试。

2.2 动态测试方法设计

动态测试指的是在发动机起动试车时进行的测试，测试连接框图见图2所示。利用检查仪配套的动态测试电缆将被测设备的接口和检查仪动态测试接口进行连接。动态测试时也只能选择单发进行测试。

图2 动态测试接线原理图Fig.2 Wiring schematic diagram of dynamic test

3 检查仪的软、硬件组成设计

检查仪由硬件电路和PLC软件组成。

3.1 硬件电路组成

检查仪要完成发动机起动系统的全面检测，硬件电路比较复杂，由供电电路、检测电路、控制处理电路等部分组成。采用模块化设计思路，共由15个模块电路组成[3-6]，如图3所示。

1）电源极性判别及保护电路。当直流电源极性不符合要求时，能够自动判断并切断检查仪的供电路径；并具有短路保护、过流保护、过压保护等功能。

2）多路DC/DC转换电路。由于检查仪内部构成复杂，要求供电电压稳定且种类较多，通过多路DC/DC转换电路可将外部的单一供电转换成多种电压的稳压供电，满足内部器件需求。

图3 检查仪电路组成框图Fig.3 Composition block diagram of the tester’s circuit

3）测量及控制综合电路。此电路的主要功能有：一是将外部检测接口输入的各项信号进行整理、变换并送至PLC及各仪表处；二是接受测控指令，进行相关测控电路的接通、断开和转换。

4）检查接口电路。在动静态测量时，把发动机起动系统的各种开关信号和模拟信号进行变换和传送。

5）仪器自检电路。由PLC控制完成检查仪的自检功能。

6）计量/外测电路。设置通用的仪器计量接口，并实现通用仪器的对外独立测量功能。

7）工作状态判断电路。主要由多个信号灯构成，显示测量状态和仪器工作状态。

8）微电阻表，测量线路电阻、电机线圈电阻或开关接触电阻；绝缘电阻表，用来测量电机或其他电器设备的绝缘电阻；电压表，用来测量直流电压；电流表，测量直流电流。

9）PLC工业控制系统，检查仪的测控核心，完成测试指令输入、时间测量、转速测量、时间控制关系的检测、转速控制关系的检测、历史纪录、综合分析及显示。

10）触控显示屏。指令输入、综合显示。

研制完成的检查仪前面板如图4所示。

图4 检查仪前面板图Fig.4 Front panel of the tester

3.2 软件设计

检查仪软件主要是针对PLC控制器和触控屏的控制设计。充分利用PLC控制器的特点，将历史经验数据、使用说明等资料存储于PLC的存储器中，可帮助操作者脱离纸质说明书，完全依据触控屏上的显示信息操作即可实现对被测对象的性能检测工作，并提供排故辅助信息等。

系统的软件设计分为PLC的程序设计和触摸屏的程序设计。PLC选用OMRON的CP1E型，编程软件为Programer7.1，Programer7.1编程软件具有使用简单、功能强大、方便控制系统调试与故障诊断等特点，更重要的是能够在线监控和在线编程。Programer7.1软件提供了梯形图和语句表两种编程方式。本测试系统使用梯形图编程方式。梯形图编程程序的可读性强，而且可以写入注释，编程简单方便。触摸屏选用威纶7寸彩色液晶屏，编程软件为EasyBuilder8000 2.0.0。

系统的软件总体设计如图5所示。

本装置采取测量各点电位的方式判断电气线路的通断性能，采用加负载的方式判断电气线路的导电性能。

图5 软件总体结构设计Fig.5 Overall structural design of the tester’s software

例如，双发起动准备工作完成后，点击“准备工作完成”按键，进入“双发起动”，进行“起动系统电气线路检测”的主画面如图6所示。

图6 双发起动的检测主画面Fig.6 Major detecting picture of twin-engine starting

当飞机上的“起动”按钮按下时，系统启动计时器，检测过程开始。

“检测进度”显示的是起动箱的工作时间；

“检测结果”显示的是各被测对象的总的检测结果，如果要查看详细的电气线路的检测结果，点击“查看详情”按键，进入详细数据画面，可查看每个检测设备的详细检测数据。

如果被测对象出现故障，点击“辅助排故”按键，进入辅助排故界面，提供排故指导信息，辅助检测人员快速排除系统故障。

4 结束语

本检查仪能够原位在线检测与起动箱相关的各条电气线路的电压、电流、通断及转换时间，并具有数据存储记录功能，便于后续研究和分析，以支持快速排故工作；在外场不离位的情况下，检验起动箱的各项参数和性能指标，检查相关部附件的电阻、通断情况，完成起动系统关键件的定检校验工作，实现起动系统关键件装机前检查和多发性、危险性故障预防工作。本检查仪的应用，实现了发动机起动系统快速排故、关键件（起动箱）检查校验和部附件静态检测，能够拓宽部队的维护深度，提升排故、检查和修理能力，进而提高飞机发动机起动系统的可靠性，保障了飞机训练及作战任务的完成。

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