一起飞机防冰系统短时告警故障分析

2021-04-12叶成世陈林孙凯革王桂芳

航空维修与工程 2021年2期

叶成世陈林孙凯革王桂芳

摘要：采用从系统-产品-器件逐步递进的方法和故障树分析法，对一起飞机防冰系统短时告警故障进行分析，并对导致故障的继电器开展了失效分析。从此案例的分析可以看出，很有必要对继电器等电气器件进行梳理分类，开展寿命试验及实际状态评估，增加必要的器件维修和检测手段，为改进修理模式提供可靠依据，最大程度地降低飞机质量风险。

关键词：防冰；告警信息；继电器；失效分析

Keywords：anti-icing；warning message；relay；fault analysis

1 故障现象

一架某型飞机在着陆滑跑过程中出现“进气道结冰”语音告警信息。地面查看飞参记录数据，在“减速伞放伞”开关有效后16s的同时出现“进气道结冰”和“左发防冰系统接通”信号，持续2s后同时撤销。经查，当时地面温度约20℃，理论分析不会出现结冰环境，结冰告警情况为虚警。

2 故障原因分析

2.1 系统工作原理分析

结合发动机系统、防冰系统、NAMP系统电路原理，绘出与故障相关的电路原理简图（见图1）。

当机上发动机防冰转换开关处于“自动”位置时，防冰控制器（5D）上电工作。此时，如果结冰传感器（6D）上结冰，冰沉积在传感器振动头上，振动头的剛度提高，导致结冰传感器（6D）发送给防冰控制器（5D）的振荡频率增加；当振荡频率达到结冰信号器灵敏度规定的冰厚（0.3mm）时，振荡频率增大到6035Hz，防冰控制器（5D）向防冰系统接通继电器（2D）发出“防冰”信号，同时向结冰传感器（6D）发出“振动头加热”和“支架加热”指令信号。

防冰系统接通继电器（2D）自接收到“防冰”信号后工作，将来自飞机供电系统的+27V信号中的一路送至NAMP系统和语音告警系统， NAMP系统显示进气道结冰信息，语音告警系统发出“进气道结冰”语音告警；另一路+27V信号送至发动机防冰系统附件，使发动机系统起动防冰工作，并向飞参系统发出“左发防冰系统接通”“右发防冰系统接通”的记录信号。

2.2 系统故障树

从系统工作原理进行故障原因分析，建立如图2所示飞参系统报“进气道结冰”和“左发防冰系统接通”故障树。从中可以看出：结冰传感器故障、防冰控制器故障、动力系统1号继电器盒故障、飞参系统故障、NAMP系统故障、发动机防冰系统附件故障、线路故障等都是造成飞参报“进气道结冰”和“左发防冰系统接通”的潜在原因。

外场通过机上线路检查、产品串件和试飞验证，发现更换防冰控制器后，语音系统和飞参系统不再出现“进气道结冰”和“左发防冰系统接通”短时偶发告警信息。

2.3 防冰控制器故障原理分析

结合防冰控制器电路原理，绘出与“结冰”信号输出部分相关的电路原理简图（见图3）。防冰控制器“结冰”信号输出部分主要由J1继电器控制，前端电路涉及单片机电路、反相器电路、电子开关电路等，当J1继电器吸合时，将结冰信号发送至飞参（NAMP记录并传输）和语音告警；同时接通发动机防冰系统电磁阀，开始进行发动机除冰工作。因此，不排除防冰控制器内部J1继电器以及前端电路在振动环境下出现偶发故障的可能。

2.4 防冰控制器故障树

根据防冰控制器“结冰”信号输出电路，建立如图4所示的飞参报“进气道结冰”和“左发防冰系统接通”故障树。从中可以看出：开关晶体管故障、反相器故障、单片机故障等都是造成飞参系统报“进气道结冰”和“左发防冰系统接通”的潜在原因，后续将逐个验证、排除，以查出对应原因。

为查找故障点，在通电情况下，通过持续敲击防冰控制器上继电器J1壳体方式，对J1继电器（JQX-6MT/027-6）进行模拟振动试验。检查发现，在敲击继电器壳体过程中，防冰信号灯出现偶尔闪亮现象，该现象与机上故障现象完全一致，故障复现。

2.5 继电器J1失效分析

1）外观检查

为了检查继电器J1在安装、试验、使用等过程中引起的损坏，利用放大镜对继电器进行外观检查。经观察，未发现明显异常情况，继电器外观形貌如图5所示。

2）X射线检查

为了检查继电器J1封装内的缺陷、损伤，对继电器进行X 射线检查，经观察，可见继电器的Pin6动簧片已断裂，如图6所示。

3）电特性测试

为了确定继电器J1的失效特性，鉴别失效模式，对继电器进行动作测试，并对继电器的线圈电阻、动作电压、释放电压和触点接触电阻等参数进行测试，结果见表1。

由表1数据可知，继电器J1的常闭触点Pin2-Pin4、Pin6-Pin8和常开触点Pin6-Pin1在继电器动作前后均处于开路状态。

4）开封进行内部目检

为了检查继电器J1内部是否存在有与失效模式相关的结构异常或缺陷并确定失效位置，采用机械方法对继电器进行开封。

开封后，观察发现继电器的动簧片Pin6在靠近焊接固定位置断开（见图7）。

对动簧片Pin6断面进行SEM 观察，动簧片断口两侧的断面平整，可见典型的“冰糖状”组织结构，表现为沿晶脆性断裂特征（见图8、图9）。

5）失效分析结果

通过以上分析检查，判断故障原因为：失效继电器簧片在长时间使用过程中，材料晶界发生弱化，最终导致簧片在应力集中点发生脆性断裂，导致继电器J1工作失效。

3 故障验证

根据以上分析，得出故障原因：防冰控制器中继电器J1簧片在应力集中点发生脆性断裂而失效，导致继电器J1工作失效，在飞机振动环境下，继电器J1常开触点出现偶发导通，并向防冰系统接通继电器（2D）发出“防冰”短时信号，防冰系统接通继电器（2D）短时工作，将来自飞机供电系统的+27V信号，一路送至语音告警系统并发出“进气道结冰”语音告警，另一路使发动机防冰系统附件工作，对发动机进行防冰，同时向飞参系统发出“左发防冰系统接通”的记录信号。

在更换了继电器J1之后，飞机防冰系统恢复正常，各项性能参数符合要求，装机后使用情况良好，故障最终排除。

4 总结

针对防冰控制器中继电器J1的失效分析情况，后续工厂将加强与中航工业部门的技术状态对接工作，同时开展类似型号继电器的寿命试验及实际状态摸底评估、采购七专以上等级继电器，并在大修作业时予以换新等工作。

这是一起典型电气器件失效引起的飞机系统故障。由上述故障案例分析可以看出，电气器件工作可靠性在飞机上日益重要。随着飞机服役期限延长，电气器件失效问题渐显突出，必须对这些电气器件进行梳理分类，开展寿命试验及实际状态摸底评估，增加必要的器件维修和检测手段，为改进修理模式提供可靠依据，最大程度降低飞机质量风险。