基于故障树的飞机燃油增压泵过流故障模型建立与分析

樊纲旗，王海强，董瑾

基于故障树的飞机燃油增压泵过流故障模型建立与分析

樊纲旗，王海强，董瑾

（航空工业西飞，陕西 西安 710089）

针对某型飞机在地面通电检查过程中偶发的飞机Ⅴ组油箱处的燃油增压泵（以下简称油泵）不工作故障，基于故障树分析法，对油泵偶发起动时过流保护情况进行了分析和诊断。提出的基于故障树分析法在工程实践中是可行的，并具有一定的实用价值。

故障树；起动电流；过流保护；油箱

1 引言

某型飞机地面通电检查过程中，偶发飞机Ⅴ组油箱处的油泵不工作故障，严重影响飞行安全。鉴于油泵供油的重要性，有必要仔细研究故障的产生机理，建立故障树模型，寻求有效的解决办法。

2 故障内容

通过对机上数据采集，发现油泵的起动电流明显偏大，基本维持在峰值90 A、脉宽2 ms左右的水平，此时油泵能正常起动工作；偶尔出现峰值93 A、脉宽3.1 ms的情况，此时油泵起动失败不工作。

经故障分析排查，油泵设计有过流保护功能，当油泵工作电流峰值大于83.3 A且脉宽大于2.8 ms时，驱动组件关闭三相输出，切断电流，油泵停止工作。当油泵出现过流保护后，关闭油泵电源再重新上电，油泵自动恢复工作。该故障原因为Ⅴ组油泵起动电流超过了油泵预先设置的过流保护门限，触发了过流保护，致使Ⅴ组油泵无法起动工作。

3 故障树模型

地面通电检查过程中偶发出现飞机Ⅴ组油箱处的油泵不工作故障。通过飞机上故障复现，油泵起动电流超过了油泵预先设置的过流保护门限，触发了过流保护。故障树模型如图1所示。

图1 起动时过流保护故障树

4 故障分析与确认

4.1 连接电缆故障X1

对飞机上油泵插座插针与连接线缆检查，进行导通及绝缘电阻检测。插座内无多余物而且线缆连接可靠，可排除连接电缆故障X1。

4.2 供电种类不同X2

对油泵供电电源进行不同种类的起动油泵试验，飞机上通电由地面电源起动Ⅴ组油泵与飞机上电源变压整流器起动Ⅴ组油泵（分别由1台变压整流器、2台变压整流器、3台变压整流器、4台变压整流器起动油泵）。试验油泵起动电流基本维持在峰值90 A、脉宽2 ms左右，且波形无差异。可排除供电种类X2不同引起的故障。

4.3 油泵安装方向差异X3

油泵在飞机上安装的安装方式有2种，即垂直方向安装和水平方向安装。Ⅵ组油箱是水平方向安装，Ⅴ组油泵是垂直方向安装。飞机上拆下油泵分别在Ⅵ组油箱、Ⅴ组油箱位置处，油泵处于水平和垂直方向分别起动油泵短时工作。当油泵在Ⅵ组油箱位置时，起动电流基本维持在峰值75 A、脉宽2 ms左右且波形无差异；在Ⅴ组油箱位置时起动电流基本维持在峰值90 A、脉宽2 ms左右且波形无差异。可排除油泵安装方向X3差异引起的故障。

4.4 油箱油量差异X4

油箱油量差异会引起势能不同，会影响油泵起动时负载的变化。飞机上Ⅴ组油箱分别为油箱满油、油箱半油、油箱无油时，3种情况可分别起动油泵。试验油泵起动电流基本维持在峰值90 A、脉宽2 ms左右且波形无差异。可排除油箱油量差异X4引起的故障。

4.5 过流保护误动作X5

油泵的过流保护门限值设定为电流峰值大于83.3 A且脉宽大于2.8 ms。如果油泵的实际过流保护门限值下移，会造成油泵误保护的情况出现。在飞机上进行故障复现的过程中，当起动电流为峰值90 A、脉宽2 ms左右时油泵均能正常起动工作，当起动电流为峰值93 A、脉宽3.1 ms时油泵才出现起动失败不工作的情况，因此过流保护误动作X5可以排除。

4.6 油泵短路X6

油泵短路必然起动电流大，触发过流保护功能造成油泵起动失败不工作，在此情况下油泵应表现为重新上电也起动失败不工作，但实际情况是故障油泵在出现起动失败不工作后重新上电又能正常起动工作，因此油泵短路X6可以排除。

4.7 供电电压异常增大X7

在飞机上进行故障复现的过程中，对Ⅴ组油箱油泵的供电电压和起动电流同时进行了监控，在所有起动试验过程中起动电流瞬态增大时供电电压均同时被拉低，未发现供电电压异常增大的情况，因此供电电压异常增大X7可以排除。

4.8 供电线缆内阻小X8

油泵内阻和供电线缆的内阻构成系统内阻，系统内阻越小起动电流越大。油泵电机在起动瞬间为纯阻性负载，内阻很小，供电线缆的内阻对系统内阻的影响较大。飞机Ⅳ组油箱油泵的飞机上供电线缆长度为22～32 m，系统内阻大，起动电流峰值不大于75 A；Ⅴ组油箱油泵的飞机上供电线缆长度仅为5.4～6 m，系统内阻小，起动电流峰值在90 A左右。将Ⅴ组油箱油泵的飞机上供电线缆长度增加19.8 m后，起动电流峰值降为在65 A左右，故障不再出现，因此供电线路内阻小X8不能排除。不同电缆长度下的起动电流峰值如图2所示。

图2 不同电缆长度下的起动电流峰值图

4.9 分级起动方案参数取值不合理X9

为减小起动电流的冲击，设计上采用了分级起动方案，先以低转速起动，再逐步爬升到预定的转速。在机上实测时，油泵在飞机上Ⅳ组油箱处的起动电流峰值均不超过75 A，但在Ⅴ组油箱处的起动电流峰值均在90 A左右，说明在供电线缆长度较短的情况下，油泵未能实现对起动电流有效控制，因此分级起动方案参数取值不合理X9不能排除。

经过以上排查，连接电缆故障X1、供电电源种类不同X2、安装方向差异X3、油箱油量差异X4、过流保护误动作X5、产品短路X6、供电电压异常增大X7，故障条件可以排除。供电线缆内阻小X8，分级起动方案参数取值不合理X9不能排除。

5 改进措施

针对油泵供电线路内阻小和分级起动方案参数取值不合理导致起动电流大的问题，确定采取调整分级起动电路中6个电阻阻值来降低起动电流的改进措施。将更改后的油泵安装到飞机的左Ⅴ组油箱处，按实际使用情况在28.5 V工作电压情况下共进行多次起动试验，油泵均起动正常。实测起动电流峰值不大于23 A、脉宽不大于3.18 ms。

6 总结

油泵采用的分级起动方案由于初始电压参数设置不合理，未考虑不同机型、不同位置油泵供电线缆长度存在差异造成系统内阻不同的实际情况，当某组油箱油泵供电线缆长度短时，系统内阻小，导致起动电流增大，触发过流保护功能不工作。

通过改进飞机上验证工作的试验数据，可以证明该故障定位准确、机理清楚、改进措施有效，有效避免了该故障的再次发生，同时也提高了油泵可靠性和安全性，确保了产品交付的质量和要求。

［1］何金徕.浅谈飞机重复性故障的解决方案［J］.航空维修与工程，2003（4）：50-51.

V267

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.033

2095－6835（2019）23－0078－02

樊纲旗（1972—），男，陕西西安人，研究生，研究员级工程师，研究方向为飞机供配电系统、机电系统试验技术。王海强（1979—），男，浙江上虞人，本科，副高级工程师，研究方向为飞机机电系统试验技术。董瑾（1984—），女，陕西咸阳人，研究生，副高级工程师，研究方向为飞机供配电系统试验技术。

〔编辑：张思楠〕