某型飞机航姿系统失效故障分析
2022-07-03余利玲
余利玲
摘要:针对某型飞机航姿系统交流115V保险丝熔断和多普勒雷达不工作故障,采用故障树分析法,分别从第四发扭矩压力表指零、第四发交流发电机电压摆动、航姿系统和多普勒雷达保险丝熔断三个方面,对航姿系统失效故障进行原因分析,查明了航姿系统失效的原因,并制定了相应的修理措施。
关键词:航姿系统;故障树;措施
Keywords:attitude heading reference system;fault tree;measures
1 故障现象
某型飞机航姿系统、多普勒雷达115V电源分别由应急汇流条、第Ⅰ汇流条供电,正常时均由第四发交流发电机供电,第四发交流发电机故障时自动转为第一发交流发电机供电。在一次本场飞行返航时,发现第四发动机扭矩压力表指零,经检查发动机其他参数正常,进行扭矩压力表备用供电转换后仍指零。转弯快结束时第四发交流发电机电压值摆动,幅度逐渐增大到90~120V(正常值115V),遂关闭第四发交流发电机供电开关,此时发现航向位置指示器内部照明灯熄灭,航姿系统不工作,正常、应急状态地平仪和罗盘均不工作,空中检查航姿系统交流115V保险丝熔断,检查偏流时多普勒雷达不工作。
2 检查情况
2.1 试车检查
飞机着陆后扭矩压力表指示恢复正常,关车前检查第四发交流发电机故障灯亮、电压为零。关车后再次试车检查,故障现象再现,多普勒雷达交流115V保险丝已熔断。更换第四发交流发电机和两个保险丝后,各系统工作正常。再次换回原交流发电机,多次试车故障未再现。
2.2 熔断保险丝外观检查
航姿系统115V TB-5保险丝和多普勒雷达TB-5保险丝均为过流熔断。其中,航姿系统115V TB-5保险丝玻璃管内部有一些银色球状颗粒,多普勒雷达 TB-5保险丝中间部分熔断(见图1、图2)。
2.3 第四发扭力表分解檢查
分解第四发扭矩压力表传感器,内部线路在壳体装配部位有压痕,其中1号线绝缘层破损、芯线外露,有漏电烧蚀痕迹(见图3)。
3 原因分析
本起故障中先后出现第四发扭矩压力表指零、第四发交流发电机电压摆动、航姿系统和多普勒雷达保险丝熔断等问题,因此,采用故障树分析法,重点围绕可能引起故障的电源异常、导线束磨损相互间短路等一般原因进行分析排查。
3.1 扭力表指零故障
1)建立故障树
导致第四发扭力表指零故障的原因包括传感器失效、指示器故障和外部电路故障,传感器失效原因可能有1号线短路和2号线断路;指示器故障原因可能有1号线短路、2号线短路和3号线断路;外部电路故障可能有1号线短路、2号线断路、3号线断路。根据以上分析得到第四发扭力表指零故障树,如图4所示,根据故障树对传感器线路、指示器线路、外部线路进行分段导通测量和绝缘检查,未见异常。
2)模拟试验
从第四发扭力表指示器1、2号线各引出一根导线,起动第四发动机,接通第四发交流发电机接通输出开关,分别将两根引出导线间断性接地和完全接地;两根导线之间短接,第四发扭力表指零,与空中故障相符。此时,电源系统、航姿系统、多普勒雷达工作均正常。转换扭力表变压器主用、备用电门,观察第四发交流电压输出无波动。
3)对其他系统的影响
扭矩压力表故障原因是扭矩压力表传感器在装配时内部1号线受压而绝缘层破损,随着使用时间增长,在振动等因素影响下芯线外露,搭铁接地,造成指示器指零。
扭矩压力表原理为电流比值计,工作电流小(为mA级),1号线搭铁时,将传感器的一个测量线圈短接,使扭矩压力表指零。
该机有4块扭矩压力表,共同由EB-2电源变压器供电,变压器导线连接、绝缘电阻正常,初、次级保险丝和其他三块表指示均正常,表明公共电路正常。
从机组反映扭矩压力表指零到发现第四发交流发电机电压摆动,时间间隔约为6~7min,故障非同时发生。理论分析和模拟试验均表明,扭矩压力表传感器1号线搭铁对交流电源系统、航姿系统、多普勒雷达没有影响。
由以上分析可得出,扭矩压力表存在故障,但可排除引起其他系统故障的可能。
3.2 航姿系统、多普勒雷达自身故障
1)建立故障树
航姿系统、多普勒雷达115V保险丝熔断原因分为系统故障(系统115V供电线路短路、机件内部短路)和供电电源故障两类。
引起航姿系统内部设备故障的原因有:航姿系统继电器盒内部线路短路;控制盒内部10V给定线路短路;陀螺内部电源电路短路;各航向指示器内部电路短路。航姿系统115V供电电路故障的原因有:前舱115V供电电路导线与飞机地短路;4框、9框电缆穿孔处导线磨损产生过流;航姿系统接线盒、7-8框接线盒上115V线路接触不牢;航姿系统配电盒上线路26V、36V短路;电源开关处接线不牢;TB-5保险丝接触不牢,产生瞬时过大电流。根据以上分析得出航姿系统故障树(见图5),根据故障树对相应原因列表(见表1),对各线路及设备进行导通绝缘检查和校验,结果未见异常。
检查多普勒115V供电线路,包括检查115V配电盘到4-5框处P26-18接线板上导线“UD74”的导通和绝缘性、导线“UD74”到控制盒插头15孔的导通和绝缘性。115V供电线路接触器处连接紧固,49号插头至4-5框处P26-18接线板上导线“UD74”导通良好,绝缘电阻500MΩ;导线“UD74”到控制盒插头15孔导通良好,绝缘电阻500MΩ;多普勒115V保险管与卡座接触情况无打火灼烧痕迹,卡座弹片没有发现打火灼烧痕迹,弹性正常。
2)测量最大工作电流
起动4台发动机,接通4台交流发电机开关,按飞行状态将各用电设备打开,测量航姿系统最大工作电流为1.7A,多普勒雷达最大工作电流为3.2A,其电流值均没有达到TB-5保险丝的额定值。
以上线路检查和试验可以排除航姿系统、多普勒雷达系统自身故障导致保险丝熔断的可能。如两系统分别短路或同时短路,会导致该系统保险丝烧断,但不会造成交流电网电压持续摆动和发电机不供电。
3.3 第四发交流电源系统线路及机载设备故障
1)建立故障树
引起电压摆动的线路原因包括该发交流电源系统励磁、输出及控制部分线路接触不良、短路、绝缘不良以及各机载设备故障,根据以上分析得出第四发交流电源故障树(见图6)。根据故障树对应的原因进行列表(见表2),对各线路及设备进行导通绝缘检查和校验,结果未见异常。
2)试验
航姿系统、多普勒雷达115V分别由应急汇流条、第Ⅰ汇流条供电,正常时均由第四发交流发电机供电,关闭第四发交流发电机电门时,转由第一发交流发电机供电。航姿系统故障出现的时机是在供电电源转换时,在供电电源转换过程中存在电压突变现象,为此在应急汇流条处连接一台电源示波器,监测电源转换时的电压峰值。
起动4台发动机,将4台交流发电机开关放在“接通”位置,按飞行状态打开各用电设备,将第四发交流发电机开关转换至断开位置(航姿系统和多普勒雷达由第一发交流发电机供电),此时示波器电压峰值为300V,持续时间2~3s(因过压保护器有5s的断电延时,故过压保护器不会动作),航姿系统和多普勒雷达工作正常;在另外一架相同的飞机上连接示波器作相同的检查,示波器电压峰值与该架机相同,航姿系统和多普勒雷达工作正常,进一步验证了供电电源转换瞬间电源电压的突变不会烧断航姿系统和多普勒雷达的保险。
通过线路检查和试验可排除该发交流电源系统线路和交流发电机以外部附件故障造成电压摆动的可能。
3.4 交流发电机故障
1)交流发电机校验检查
按照试验规程对交流发电机、交流电压精调装置、交流碳片式调压器、过压保护器进行热态数据及热态绝缘电阻检查,检查结果符合相关技术规范。按照系统联试规范,将交流发电机、交流电压精调装置、交流碳片式调压器和可变电阻进行系统联试检查,连续工作4h,联试过程中未见异常。
对交流发电机进行分解检查,发现该交流发电机传动花键磨损严重,花键齿形已由渐开线(梯形)磨损为三角形,滑环表面粗糙,有较深磨痕,6块碳刷中有5块高度小于下限17.5mm,其余未见异常。
2)滑环和碳刷磨损原因分析
该交流发电机滑环工作面粗糙、磨痕明显,并有烧蚀痕迹,6个碳刷中有5个低于下限高度(下限高度不小于17.5mm),刷簧对碳刷压力减小,火花增大烧蚀滑环,使其接触性变差,在飞机飞行振动较大情况下,碳刷与滑环表面不能紧密结合,加剧了滑环与碳刷的磨损。
3.5 保险丝熔断原因小结
1)由于发电机碳刷与滑环接触不良及火花等因素,使发电机输出电压正弦波发生畸变,在调压器作用下,发电系统提供给汇流条的电压出现电压调制现象,造成电压低频率较大幅度的摆动,使得非正常高电压连续地施加在用电设备端,在TB-5保险丝电路中形成非正常的大电流,经过热量积累,达到熔断条件,使TB-5保险丝熔断。
2)从第四发交流发电机断开到第一发交流发电机供电时,因电源系统的调节特性出现短时电压过冲,加速了TB-5保险丝的熔断。
3)当电源突变时,航姿系统、多卜勒雷达等感性负载会产生感应电动势,出现瞬时高电压,也会加速TB-5保险丝的熔断。
4 结论
该起故障发生的原因是发电机滑环磨损严重,导致碳刷消耗速度快,在振动的环境下与滑环接触不良,输出电压波形畸变,引起电网电压大幅摆动,造成航姿系统和多普勒雷达TB-5保险丝熔断,使航姿系统和多普勒雷达因断电停止工作。
用户应加强交流发电机的监控使用。在飞机A检中增加交流发电机碳刷检查内容,规范碳刷测量方法,如碳刷磨损速度過快,交流发电机应返厂修理。在飞机C检中,增加对滑环及花键轴的检修。修理工厂应修订修理工艺规程,补充完善碳刷测量方法。