浅析SR20 飞机电源系统及其故障*

■ 刘宗福/中国民用航空飞行学院洛阳分院

关键字：SR20；电源系统；故障；排故

1 SR20 飞机电源系统

1.1 概述

SR20 飞机是美国西锐公司生产的单发机型，装配了先进的PERSPECTIVE航电系统和增加座舱舒适性的空调系统。飞机电源系统是保证飞行安全的重要系统，为整架飞机的飞行操纵控制、通信、导航及发动机参数控制和显示等提供可靠的电能。由于西锐公司生产飞机的时间和飞机序列号不同，SR20 飞机电源系统也有很大的差异。本文介绍的是洛阳分院运行的SR20 飞机电源系统，针对平时使用和维护中出现的一般故障进行分析。

1.2 SR20 飞机电源系统及组成

SR20 飞机电源系统采用28V 直流电源，直流电源的优点包括：便于存储；在飞机失去电源后机载电瓶能保证飞机安全着陆；供电系统简单；低压直流对人员和设备较安全；直流电机启动力矩较大等，对小型活塞发动机的顺利启动比较有利。

SR20 飞机电源系统包括直流电源设备、控制和保护装置以及配电网络。电源设备包含一个主电瓶、一个备用电瓶、一台1 号发电机、一台2 号发电机，控制和保护装置由MCU（主控制单元）和断路器面板组成。MCU 中包括两台发电机的电压调节器、外部电源继电器、1 号电瓶继电器、启动继电器、着陆灯继电器、主分配汇流条1、主分配汇流条2 和重要汇流条以及15 根保险丝等。电源系统的配电网络图如图1 所示。

1.3 电源系统各组成部分介绍

主电瓶是一个阀控式铅酸电瓶，由CONCORDE 公司生产。电瓶内部由12 个小的单芯组成，提供24V 电压，容量为10Ah。安装于飞机防火墙右侧上方，为飞机地面通电测试、发动机启动、1 号发电机正常工作提供电能。在1 号、2 号发电机都失效的情况下，能保证给飞机上重要仪表和设备供电至少30min。

备用电瓶是由两个串联在一起的密封可充电铅酸电瓶组成，由GENESIS公司生产。单个电瓶提供12V、7Ah容量，两个密封铅酸电瓶串联提供24V 电压、14Ah 容量。安装于飞机的尾舱。根据维修方案，备用电瓶的时寿为装机飞行500H，每两年更换一次，维护手册给出在其寿命期间不需要检查电解液比重或添加蒸馏水。备用电瓶由一个单独的开关控制，不受主电瓶故障影响，在所有电源都失效的情况下，备用电瓶可以向重要汇流条供电，通过重要汇流条向仪表背景灯、备用高度表、PFD(主飞行显示器)、备用姿态仪、失速警告等系统供电。

1号发电机是一台三相交流发电机，固定在发动机左前侧，由皮带驱动，经过发电机内部整流器和MCU 内部上部调压器控制输出28V、75A。1 号发电机是一台自励式发电机，不能自启动，其正常发电需要主电瓶为其提供初始励磁电流。主发电机有足够的能力为整个飞机系统供电，这其中有SR20 飞机的大功率负载空调系统和着陆灯，并在系统正常运行时为主电瓶充电。

图1 电源系统配电图

2 号发电机也是一台三相交流发电机，安装于发动机后部的附件齿轮箱上，由齿轮驱动，经过发电机内部整流器和MCU 内部下部调压器控制输出28.75V、40A。它也是一台自励式发电机，不能自启动，只需要主电瓶或者1 号发电机正常工作便能为其提供初始励磁电流，保证2 号发电机正常发电。

控制和保护装置集中位于飞机防火墙上左侧的MCU 内及左侧驾驶舱的断路器面板上。MCU 内部由两台发电机的调压器、外部电源继电器、1 号电瓶继电器、启动继电器、着陆灯继电器、主分配汇流条1、主分配汇流条2 和重要汇流条以及15 根规格不同保险丝等组成，控制着整个飞机的电源系统。

2 电源系统的故障及分析

2.1 电源系统的故障统计

洛阳分院从2012 年左右开始引进SR20 飞机，共40 余架，作为飞行训练的初教机使用。从引进至今的飞机各系统故障率统计（见表1）可以看出，电源系统是该型飞机故障率最高的系统，占比达10.45%。

图2 所示为对电源系统各组件的故障统计，其中，主电瓶故障占比为31.1%，备用电瓶为0.80%，1 号发电机为20.4%，2 号发电机为43.5%，MCU为4.04%。故障率较高的部件主要是2号发电机、主电瓶及1 号发电机。下面依次对这些部件的故障进行分析和讨论。

2.2 2 号发电机

2 号发电机主要故障现象有：发电机输出电压偏高；发电机输出电压偏低；发电机跳开关跳起；发电机电流指示异常；发电机不工作；发动机转速在1700 转以上不发电等。通过排故发现，导致上述故障的原因是2 号发电机的调压器故障和发电机耦合器力矩值偏低。另外，发电机不发电也有其自身故障的原因，对故障发电机的送检情况进行追踪，多次在发电机分解检查时发现后轴承X-4130 油脂溢出至滑环表面，造成电刷ES4118 和滑环之间接触不良，加快了电刷的磨损，从而造成故障。据统计，此类故障出现的频次最高，其他故障包括整流二极管（整流器）盘损坏、二极管损坏、二极管根部断裂、定子线圈烧坏、油封渗漏等。发电机检修及翻修属于部附件维修工作，必须由有资质的单位及持照人员实施维修，机务人员只能采取更换发电机的排故措施。

表1 系统故障统计表

2.3 主电瓶

主电瓶故障率仅次于2 号发电机，故障现象包括：MFD（多功能显示）显示电压低；地面MFD 不工作，襟翼无法收放；飞机启动困难或者无法启动；启动时MFD 黑屏，起动机不工作等。故障原因在于主电瓶本身的电压偏低，不能为用电设备正常工作提供充足的电能。有的电瓶出现接线桩变形松动和裂纹，这是由于安装电瓶时的安装力矩过大所致。其他故障现象还包括启动时电瓶内部烧蚀冒烟和飞行中MFD 出现断电。检查发现，前者是由于电瓶内部出现故障，后者是因为MCU 内部继电器与电瓶、起动机线路粘接，造成线路短路。

2.4 1 号发电机

1 号发电机的故障现象包括：发电机不工作或出现警告；发电机跳开关跳起；发电机无励磁输入；发动机指示摆动和通信有干扰等。排故发现故障原因是1 号发电机的调压器故障，而调压器的故障包括其本身故障或出现短路、接触不良和烧蚀造成发动机指示和通信干扰。1 号发电机不工作，输出电压低，打开空调时，出现ALT1（发电机警告），排故发现这是由于驱动1 号发电机的皮带张力不够，通过调整皮带张力或者更换新的皮带即可排除故障。

2.5 备用电瓶

图2 电源系统各组件故障占比

备用电瓶的故障为电压低，主要原因是备用电瓶前期的库存时间过长或地面过度放电所致，可采取直接更换电瓶的方式来排除故障。

2.6 MCU 和断路器

MCU 的故障表现为1 号发电机正常工作时主电瓶显示放电状态，这是由于安装在MCU 内部的电流传感器故障导致。其他故障包括主电瓶电流经常处于黄区且大幅度变化、2 号发电机电流指示异常、ALT1 指示打红叉、主电瓶开关无法接通、着陆灯不工作等，原因是MCU 内部的相应部件出现故障，而厂家不允许单独更换这些部件，因此排故措施只能是更换MCU。

3 总结

因装配了先进的PERSPECTIVE 航电系统和增加座舱舒适性的空调系统，使SR20 飞机整个电源系统比其他小型单发飞机相对复杂，由此需要电源系统能够提供可靠的、充足的电能。本文在对SR20 飞机电源系统进行介绍的基础上，针对已有的故障统计进行分析，总结了频率较高故障的排故措施，可为从事该机型维护工作的人员提供参 考。