西门罗尔飞机整机断电问题研究及故障分析

柳昌龄

摘要：电源系统是飞机的重要系统，整机断电会导致中断飞机的所有通讯导航功能。飞机电源系统供电质量及其设备的可靠性，影响着飞机所有电子设备的正常工作，因此对于整机断电问题的研究有着重要意义。PA44180飞机采用交流直流发电机，将发出的交流电经二极管整流后变成直流电，然后送到飞机供电网络每台发电机的励磁来自于各自的调压器。我们通过对交流电源系统部件的研究，来分析造成整机断电的主要原因和在维护中可以采取的措施。

关键词：整机断电；交流发电机；铅酸电瓶

2017年，学院一架PA44180飞机起飞后，机组发现发动机参数指针（滑油温度、汽缸头温度、排气温度）向右摆动一下，检查发现左发电机输出电流正常，右发电机输出电流指针乱摆，机组立即报告进近，进近指令机组立即联系塔台，还没有换到塔台频率，第二部GPS失效，接着出现整机断电。机组按照应急程序处置，该机在塔台指挥下安全着陆。

1 PA44180飞机电源系统介绍

交流发电机内部有一个由发动机带动转子（旋转磁场），磁场外有一个定子绕组， 绕组有3组线圈（3相绕组），3相绕组彼此相隔120度。当转子旋转时，旋转的磁场使固定的电枢绕组切割磁力线（或者说使电枢绕组中通过的磁通量发生变化）而产生电动势。

PA44180飞机安装了两台发电机（励磁方式：他励式，单台额定输出电压14V，额定输出电流70A）和一个铅酸蓄电瓶（额定电压12V，额定容量23AH），三者并联向飞机电网供电。發电机和电瓶分别通过70A和60A的断路器与连接汇流条（TIE BUS）相连接，再通过断路器分别输往主汇流条（MAIN BUS）、1和2号电子汇流条（AV BUS）、非重要汇流条（NONESS）。每台交流发电机有一个调压器，提供电压调节和过压保护功能。调压器实现三个功能：

1）电压调节；

2）过压保护；

3）负载均衡。

PA44180飞机正常巡航状态整机电气负载43A左右，短时间隙负载77A左右，总负载为120A左右。当飞机单台发电机失效时，另外一台发电机和电瓶仍能供应130A以下负载，不会造成突发整机空中断电。励磁电流由主汇流条通过发电机励磁断路器、发电机主电门和电压调节器加载到发电机的励磁绕组上（电枢转子），转子转动时产生旋转磁场，在发电机定子线圈产生感应电势，产生交流电，经整流器整流变为直流输出到整流器安装板，通过安装在整流板上的输出接线柱输出，供向飞机电网。

飞机装有2个电流表，分别指示左、右发电机的输出电流大小。电流表最大量程为100A，发电机正常供电时，电流表指示值不超过60A。飞机装有一个低电压监控器，感受连接汇流条的电压是否低于12.5V。如果连接汇流条电压低于12.5V，则警告灯板上的低电压（LO BUS）警告灯燃亮。飞机装有一个发电机故障（ALT）警告灯，反映发电机不发电的故障模式。ALT故障灯的信号由电压调节器提供，信号采集点为发电机AUX接线柱，当任意一台发电机出现过压保护等不正常情况时，将造成发电机不发电，系统会触发ALT故障警告。

2 发生故障后的检查工作

PA44180飞机发生整机断电后，我们对以下一些部件进行了检查和测试：

1）座舱仪表板、断路器板、各开关旋钮、手柄检查均正常。

2）电瓶外观状况正常，接线柱及接线固定良好，电解液无渗漏和溢出现象。测量电瓶电压为12.93V，各单格电解液高度均高于极板。对电瓶进行容量测试，C1放电率（23A）放电60分钟电压为10.4V，容量为100%。通过检查电瓶无故障、状况良好。

1）左右调压器、电瓶输出接触器、地面电源输出接触器、左右发起动接触器、左右发电机电流分流器安装固定可靠，导线及其连接状况良好。

2）左、右发电机固定可靠，传动皮带无损伤、断裂，两个传动轮在同一旋转面上，发电机通风管无破损，管道无堵塞，发电机安装支架状态良好、固定可靠、无裂纹。发现右发电机输出接线柱明显松动、其纤维衬套严重变形。

3 故障原因分析

由于发电机输出接线柱上的电流较大，输出接线柱上的衬套为纤维材质，在长期使用中材料受热、老化，并在压紧螺帽的作用下产生塑性变形；接线柱根部与整流板之间固定紧度降低，接触不良，造成接触电阻增大，接线柱根部局部发热加剧，由于热传递使其上部纤维衬套受热变形加大，接线柱根部与整流板之间产生间隙、电弧跳火（在此过程中右电流表出现大幅摆动），局部温度急剧升高，导致接线柱根部严重烧蚀，整流板上的接线柱安装孔烧蚀，整流板与壳体之间的绝缘衬垫严重烧蚀、缺口，导致接线柱在绝缘的衬垫缺口处与发电机壳体短路搭接，发电机壳体接线柱贯穿孔内侧烧蚀（见下图）。

当右发电机接线柱与发电机壳体短路时，就意味着飞机连接汇流条通过此短路点短路，造成飞机整个电网短路。在短路电流的作用下，左、右发电机调压器自动调节励磁电流，升高发电机输出电压，当电压高于17V时，调压器过压保护，切断发电机励磁电路，左、右发电机停止输出。随后电瓶60A断路器在短路过载电流作用下跳起保护，电瓶从电网断开，飞机整机断电。 由于从电网短路发展到整机断电的过程时间极短，飞机发电机故障（ALT）警告灯和飞机低电压（LO BUS）警告灯一次性瞬时闪亮，机组人员难以察觉。

4 结语

鉴于飞机维修手册对发电机接线柱、纤维衬套及压紧螺帽无检查要求，建议咨询厂家，完善和细化维修标准。对外场维修人员进行发电机构造、原理等知识的培训，提高外场人员对发电机接线柱构造的认识。建议机组在飞行中加强对发电机电流表指示的监控，如果飞行中发现电流表指示摆动等异常现象，按照《飞行手册》中发电机故障应急情况进行处置。还应当制定飞机老龄电源系统各电气线路接线片腐蚀性检查措施。