CESSNA 172飞机外接电源故障分析

王首清

摘 要：当飞机停留在地面时，需要对飞机进行维护、加油、装载货物、启动发动机等作业时，可以使用APU发电机、蓄电池、外接电源，为了降低成本，减少对环境的危害，降本增效，尽量使用地面电源。像CESSNA 172这样的通航小飞机没有APU，日常通电维护过程中需要经常使用到外接电源。然而外接电源经常会出现一些故障。本文根据日常维护过程中遇到的问题，结合排故经验对故障进行分析，提供解决办法以及使用时的注意事项。

关键词：地面电源;故障分析;CESSNA 172飞机

0 引言

CESSNA 172飞机坚固耐用，性能优异，符合民航仪表飞行法规要求，容易驾驶和维护，起降场地要求不高，购买和使用成本低，全球几乎都可以看到它的身影。而Cessna 172飞机作为我们学院主要的教练机，机队规模大，日利用率高，飞行小时数多。但由于引进时间早，现机队飞机都基本飞行13000小时左右，飞机老龄化故障率增高。在进行维护排故、软件更新、输入飞行计划等工作时，则需要地面电源来给飞机供电，以及当飞机机载电瓶电压过低时启动发动机也需要由地面电源供电。

1 地面电源简介

飞机地面电源按类型一般分为车载移动地面电源、静变式移动电源、固定式地面电源三种类型，按输出类型可分为交流地面电源、直流地面电源和交直流地面电源。车载移动地面电源安装在自行式车辆上，使用汽、柴油机带动发电机工作，产生需要的电流或电压，一般用于外场作业，具有体积大、噪音大、移动迅速等特点;静变式移动电源使用机库或厂房的高压电路进行变压产生需要的电流或电压，一般用于室内作业，具有体积小、噪音小、移动方便等特点;固定式地面电源由大型设备变压后通过电缆直接敷设至飞机周边使用，具有无噪音，链接便捷等特点，但移动范围有限。对于某些通航公司由于环境条件，经济成本等因素的限制，未选择上述类型的地面电源，而是将两个14v大容量的铅酸电瓶串联组成28V电源放在自制推车上，作为地面电源使用。它具有维护简单、成本低，移动范围广、无噪声等优点;但是它续航时间较短，一般连续使用三四个小时后就需要充电。

2 电源接口及飞机电源系统介绍

对于交流电源系统和直流电源系统地面电源的接口及控制是有所不同的。直流地面电源插座有三个插钉，如图一所示，两个大插钉分别为直流电源的“+”，“-”端，另一个细而短的插钉是控制钉，也是直流电源的“+”，主要控制外接电源接触器的通断。由于控制插钉比较短，插上电源时，只有插紧后，外电源接触器才吸合从而外部电源向飞机供电;而拔出时，保证先断开外电源接触器，将外部电源从飞机电网中断开，再脱开插头之间的连接来防止拔出时产生火花[3]。

交流电源插座有6个插钉，如图二所示，其中4个大插钉分别为三相四线制电源的ABC三项和零线N。两个小插钉E、F起控制作用，E、F插钉比主插钉细，而且短很多，只有当插紧后，E、F才能和外部电源插头形成通路。在外部电源插头中，E、F是短接的，拔出时，先断开E、F插钉，保证主插钉拔出时先断开外部电源，以避免产生火花[3]。

CESSNA 172飞机的电源系统由主电源、辅助/应急电源组成、电源接线盒、供电网络组成。CESSNA 172R飞机主电源系统使用一个28V直流、额定电流 60A 的交流-直流发电机作为飞机的主电源，位于发动机的右前部。辅助/应急电源使用的是一个 24V，12.75AH（5 小时放电速率），12 单元体的铅酸电瓶作为飞机的辅助/应急电源[2]。电源接线盒（J-BOX）安装在飞机电瓶上方防火墙上，其内部包括一个发电机控制组件（ACU），发电机继电器，起动机继电器，电瓶继电器和外接电源继电器，以及一个外部电源插座。CESSNA 172 飞机主要使用的是直流电源系统，所以外部电源插座是图一样式的插座。

3 故障现象描述及故障原因分析

然而地面电源在日常使用的过程中，总是出现无法接入飞机电网或电压不稳定等故障现象，严重影响工作的开展，耽误飞行任务。仔细分析电源加载失败的原因主要有以下几个方面的问题：

3.1 地面電源及电缆插头故障

长期在特别潮湿的环境中暴露使用、工作环境温度的剧烈变化、地面电源露天的放置以及日常维护保养不到位等都会造成地面电源的损坏，缩短使用寿命。

地面电源电缆插头由于使用的时间较长，日常维护清洁防腐没做到位使电缆插头老化腐蚀，插拔次数过多造成磨损，使用过程中跳火引起的烧蚀等，以及飞机老龄化，飞机自身的接头处老化、腐蚀、磨损等，造成了电源插头与飞机插头之间接触不良或接触部分电阻值过大。当正极、负极或控者制插钉之间接触不良时均不能形成回路而无法向飞机电网供电，或造成接触部分电阻值过大使得飞机电压过低和不稳定。

3.2 外部电源继电器故障

CESSNA 172R飞机外部电源继电器是一个电磁式继电器，电磁式继电器一般由铁芯、线圈、衔铁、触点簧片等组成。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流，从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电磁吸力也随之消失，衔铁受到弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）吸合。这样吸合、释放，从而达到在电路中的导通、切断的目的。对于电磁式的继电器，其电磁系统的故障主要集中在线圈及动、静铁芯部分，线圈故障通常由线圈绝缘损坏;受机械损伤形成匝间短路或接地，由于电源电压过低，动、静铁芯接触不严，使通过线圈电流过大，线圈发热以致烧毁。以致线圈产生的磁力过小，无法吸合。触点系统的故障一般有触点过热、磨损、熔焊等类型。引起触点过热的原因是容量不够、触点压力不够、表面氧化或不清洁等;引起磨损加剧的主要原因是触点容量太小，电弧温度过高使触点金属氧化等;引起触点熔焊的主要原因是电弧温度过高，或触点严重跳动等。然而由于插头接触问题导致的电压不稳定的现象很容易造成继电器反复的闭合、断开，触电压力不够等情况。这将加速继电器触点的磨损、过热、熔焊，从而出现继电器故障。

4 结语

地面电源在设计时已经对使用过程中可能遇到的恶劣天气和温、湿度剧烈变化等进行了考虑，但精心的日常维护与管理可以延长地面电源的使用寿命[1]，减少电源的故障发生率。在使用地面电源的过程中必须注意以下几点：

（一）尽量避免电源长期在特别潮湿的环境中暴露或使用，不使用时应该储藏在房屋或遮阳棚中。

（二）在地面电源不使用时应及时为蓄电池充电，延长使用寿命的同时使之处于随时可用状态。

（三）保持地面电源插座和外壳清洁，防止异物进入污染插座[1]。

（四）在使用过程中注意对电缆的防护，避免硬物的划伤或碾压等。

（五）在将地面电源装置的接头接到飞机外接电源插座上前，确定外电源未接通，在脱开地面插头前必须先关断电源，避免产生危险的电火花。

参考文献：

[1]朱新宇，彭卫东，何建.民航飞机电气系统.成都：西南交通大学出版社，2010，（4）.

[2]阎成鸿.CESSNA 172型飞机机型培训教程.航空工业出版社，2008.

[3]任仁良.涡轮发动机飞机结构与系统（AV）（下）（第2版）（民用航空器维修基础系列教材）.清华大学出版社，2017，（4）.