关于直升机多功能显示器掉电问题浅析

张宇，杨宇航，齐丛生

（中国直升机设计研究所，江西景德镇，3330000）

0 引言

直升机地面电源启动后，脱开地面电源插头时多次出现多功能显示器掉电的问题。因此，针对该问题进行故障定位并进行机理分析，定位故障原因为电源插头正端针脚长短不一，误触发直流配电控制盒内部的短路保护插件执行短路保护，导致汇流条无法正常上电，出现多功能显示器掉电现象。

1 配电系统的概述

直升机配电系统又被称为直升机的大脑，它的主要作用是对电能的管理、分配、控制、传输[1]。配电系统将发电机或其他电源输出的电能分配、传输至汇流条，在通过汇流条对机上各用电设备进行有效分配，管理并保护用电设备。

对应不同种类的供电电源，配电系统分为直流配电系统和交流配电系统两种类型[2]。在只有交流发电机供电的配电系统中，包含交流配电系统和低压直流配电系统，直流电需通过交流电整流得到。在既有交流发电机供电又有直流发电机供电的配电系统中，交流配电系统和直流配电系统同时存在直流配电系统的配电方式包括辐射式、封闭式、混合式三种方式[3]。交流配电方式多为辐射式配电方式。对于飞机上重要的用电设备采用多路供电方式，在一路供电出现故障时自动连接另外一路，提高用电可靠性。

按照汇流条到用电设备之间的配电方式，配电系统分为集中式配电、分散式配电、混合式配电等三种方式[4]。

集中式配电：这种配电方式的优势在于结构简单、保证线路上电能的稳定传输。其缺点在于这种简单的结构如果出现短路故障，会导致所有用电设备同时无法工作，造成安全事故；所有用电设备均由中央配电盒进行供电，造成中央配电盒结构复杂，体积大。

分配式配电：这种配电方式的优势在于在系统正常工作的时候，各配电通道的线缆之间不连接，当其中一个供电电源发生故障时，该汇流条上的其他设备可以通过转换开关获取其他供电电源的电能，仅一部分电路受到影响，提高了供电可靠性。其缺点在于这种分配式的配电方式对于发电机的性能要求比较高，当发电机出现容量不够的情况时，这时用电设备的电压会出现波动，造成供电不稳，出现部分设备误警报。

混合式配电：这种配电方式的优势在于用电设备可以就近的获取电能，有效地降低了输电线缆的长度，使得中央配电盒的结构简化、体积减小，并且易于检查和维护。其缺点与集中式配电方式相似，当中央汇流条出现短路故障时，会造成所有用电设备无法正常工作。

该型直升机配电系统采用混合式配电方式，其内部包括直流配电系统和交流配电系统。

直流配电系统设置了左、右发电机主汇流条、发电机汇流条、卸载汇流条和蓄电池直接汇流条。重要负载采用双电源供电；最重要用电负载采用发电机汇流条和蓄电池直接汇流条双电源供电；次要用电设备采用卸载汇流条单电源供电，应急时可直接从电网卸除。保护配电电路的熔断器或断路器直接和配电汇流条相连。

交流配电系统设置左侧115V单相汇流条、左侧26V单相汇流条、右侧115V单相汇流条、右侧26V单相汇流条。以上汇流条均连接在左、右变流器的输出端，左右变流器的输入端连接在左、右发电机的主汇流条上。

2 故障原因

2.1 故障分析

在解决上述故障之前，需确认故障位置及故障原因。首先对机上相关设备（直流发电机、直流配电控制盒、多功能显示器等供电、配电、用电设备）及地面电源转双侧发电机供电操作进行检查，确认机上设备均正常工作，相关转电操作无问题。进而初步判断为配电系统和各部件的连接关系中存在问题并对其进行检查分析，在检查直流配电控制盒与其他的设备的连接关系发现直流配电控制盒内部右地面电源辅助继电器的控制信号从地面电源插头的短针获取，左地面电源辅助继电器的控制信号从地面电源插头的长针获取（如图1所示），在实际的设计中直流配电控制盒内左右两侧地面电源辅助继电器的控制信号均应从地面电源插头的短针获取。

图1 直流配电控制盒系统与电源插头连接图

由于地面电源插头的针脚长短不一，在脱开地面电源插头时，短针先断开，长针后断开，这样就会使两个控制信号之间存在一定的间隔，并且直流配电控制盒内部存在保护逻辑，当两个控制信号之前存在的时间间隔大于50ms时，直流配电控制盒内部的短路保护插件就会执行短路保护操作，导致汇流条上无电，进而使得多功能显示器出现掉电现象。

2.2 故障复现

为了验证多功能显示器掉电现象是由地面电源插头针脚长短不一，触发直流配电控制盒短路保护导致，故在直升机地面电源起动后进行不同速度脱开地面电源插头的试验验证。

(1)地面电源启动后，快速脱开地面电源插头，多功能显示器工作正常，并未出现掉电现象。

(2)地面电源启动后，以正常速度脱开地面电源插头，多功能显示器偶尔会出现掉电现象。

(3)地面电源启动后，采用缓慢的速度脱开地面电源插头，多功能显示器无法正常工作，出现掉电现象。

通过观察上述试验现象，可以得到地面电源启动后，脱开地面电源插头多功能显示器出现掉电现象的原因是左地面电源辅助继电器线圈正端取电位置不符合设计要求，在脱开地面电源插头时，右地面电源辅助继电器相连的短针先脱开，左地面电源辅助继电器相连的长针后脱开，两个控制信号的时间间隔大于50ms的时候，触发直流配电控制盒内部的短路保护操作，导致多功能显示器出现掉电现象。

3 机理分析

3.1 正常供电时的工作逻辑

在正常的工作状态下，地面电源启动后，直升机此时正常运转，为使直升机离地飞行，需从地面电源供电转为直升机发电机供电，脱开地面电源插头，地面电源插座上短针断开，后端反流保护器的控制线圈上电，当右侧发电机电压超过蓄电池电压时，反流保护器上的触点对线路接触器（反流保护器内部）线圈通电，线路接触器接通，将右侧发电机的馈线与直升机电源系统连接到一起。此时右侧发电机与主汇流条相连。当左侧发电机电压超过蓄电池电压时，其情况相同。

3.2 当前设计缺陷的机理分析

直流配电控制盒系统原理框图如图2 所示。

图2 直流配电控制盒系统原理图

直升机在地面启动后，转双发供电的过程中，由于左侧地面电源辅助继电器线圈正端取电位置设计不合理，在断开地面电源插头的过程中出现地面电源接触器断开，右侧地面电源辅助继电器相连的短针先断开，右侧发电机接触齐正常连接、成功并网，右侧汇流条存在电流，而左侧辅助继电器相连的长针此时并未断开，后端反流保护器的控制线圈仍与地面电源插头连接，反流保护器的控制线圈未能上电，左侧发电机端电压仍低于蓄电池电压，反流保护器上的触点对线路接触器线圈未接通，线圈接触器未接通，左侧发电机未能成功并网，左侧汇流条无电流。这时左右两侧的汇流条会产生28V的电压差，如果地面电源插头缓慢脱开，当左右两侧的控制信号相差超过50ms时，会使得直流配电控制内的短路保护插件（直流配电控制盒内部短路保护插件中设有延时电路，延时电路设置时间为50ms）按照短路保护逻辑（短路保护插件的保护逻辑为同时对左、右两侧汇流条上的电压进行采集和判断，当两侧电压差值超过12V时，执行保护）执行短路保护，使得左侧反流保护器、左侧转换接触器、蓄电池左接触器无法正常连通，左侧汇流条无法正常上电，最终出现多功能显示器掉电现象。如果地面电源插头脱开的速度很快，即左右两侧的控制信号相差小于50ms，此时不执行相应的保护逻辑，左侧反流保护器、左侧转换接触器、蓄电池左接触器正常连通，左侧汇流条正常上电，多功能显示器正常工作。

4 纠正措施

针对该型直升机地面电源启动后，脱开地面电源插头时有时会出现多功能显示器掉电的问题，采取以下的更改措施：

(1)将左侧地面电源辅助继电器线圈的正端接线由地面电源插头的长针更改为短针（如图3所示）。即使得左、右地面电源辅助继电器线圈的正端接线均采自同一个地面电源插头的短针，这样左、右地面电源辅助继电器的控制信号均从地面电源插头的短针获取，两个控制信号之前不存在时间间隔，故直流配电控制盒不会触发短路保护，多功能显示器可以正常工作。

图3 左侧地面电源辅助继电器接线更改图

(2)进行举一反三，该型号产品生产为批量生产，故此故障问题并不是单一产品问题，在其他直升机所使用的该型号产品也存在着同样的问题，应该逐一落实并采取上述办法解决。同时对比其他型号的直流配电控制盒是否存在相同问题，并进行升级改进。

5 试验验证

为了验证所采用的更改措施可以切实的解决上述故障，对故障直流配电控制盒内部接线关系进行更改，左侧地面电源辅助继电器线圈的正端接线由地面电源的长针更改为短针，使用地面电源车起动直升机进行地面开车验证，采用不同速度脱开地面电源插头，观察多功能显示器的工作状态。

(1)地面电源起动后，快速脱开地面电源插头，多功能显示器正常工作，并未出现掉电现象。

(2)地面电源起动后，以正常速度脱开地面电源插头，多功能显示器正常工作，并未出现掉电现象。

(3)地面电源起动后，采用缓慢的速度脱开地面电源插头，多功能显示器正常工作，并未出现掉电现象。

综合上述试验验证现象，无论采取何种速度脱开地面电源插头，多功能显示器均可以正常工作，并为出现掉电现象，故上述更改措施切实有效。

6 结论

综上所述，直升机地面电源启动后，脱开地面电源插头时有时会出现多功能显示器掉电的问题是由于地面电源插头的针脚长短不一，汇流条无法正常上电，最终出现多功能显示器掉电。其故障定位、故障复现、机理分析清晰明确，制定了有效的纠正措施，并进行相关试验验证。通过更改机上直流配电控制盒内部地面电源辅助继电器线圈的接线关系，可以有效避免此类问题的发生，保证直升机的使用安全。