军用飞机电源系统故障规律分析及维修策略探究_姜建辉.pdf

23AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING航空维修与工程2023/1h)收尾工作应全面无遗漏项目，且工序应符合系统工作要求。3.3.4 维修支持类验证评价准则维修支持类：主要指飞机、系统或设备的概述、组成、功用、原理、故障说明以及故障隔离程序等内容的相关技术文件。验证评价准则如下：a)技术资料文字描述应通顺、图表清楚，浅显易懂、无歧义，便于理解，标识规范便于查阅、阅读；b)系统组成、设备功用、原理说明等内容应完整，且与飞机实际技术状态一致，文字上易于理解；c)技术资料中的型号、图号应与规程、实物和履历本一致；d)故障隔离程序中故障信息描述应与飞机上相关系统实际的故障显示信息一致；e)故障隔离程序中列举导致故障发生的“可能故障原因”应全面，排故过程各步骤的指令和判定条件描述应清晰、具有可操作性；f)系统图册、电路图册描述的逻辑关系正确，图示标识清晰可查。3.4 验证时机根据地勤类技术资料所描述主要维修内容的特点和差异，确定对应技术资料的验证时机。按照以下时机开展验证，从而确保对维修类资料的全覆盖。a)结合飞机的日常维修保障工作开展验证；b)结合保障设备使用工作开展验证；c)结合故障处理工作和飞机日常维修保障工作开展验证；d)结合机载产品鉴定工作和开飞机日常维修保障工作开展验证；e)结合发动机组装阶段开展验证；f)结合飞机结构修理、无损检测和腐蚀修理开展验证；g)结合飞机部装和总装阶段开展验证。4 总结与展望军机维修类技术资料验证是一项系统工程，贯穿于军机全寿命周期，是不断迭代和完善的过程。试飞验证阶段是技术资料改进、优化的最佳时期，将技术资料验证与鉴定试飞全过程有机结合，通过对技术资料进行理论分析和实际验证，找出其存在的问题和缺陷，总结形成一套科学、规范的军机维修类技术资料验证技术体系，从资料分类、验证方法、评价准则和验证时机等方面进行规范，合理利用各项既有物理资源和数字化模型平台，充分、高效、全面地开展军机维修类技术资料验证工作，可以有效提高军机维修类技术资料验证的及时性、准确性、全面性和可靠性，为试验机维修保障工作打下良好基础，同时向客户提供一套经过充分验证的，可用、能用、好用的维修类技术资料。参考文献1 张如意 美国空军技术指令(TO)指令质量保证研究 J航空维修与工程,2018(2):37-39.2 中国民航局飞行标准司.AC91-11R1:航空器的持续适航文件 Z.3 马思宁.飞机维修手册验证的研究 J航空维修与工程,2015(9):93-95.军用飞机电源系统故障规律分析及维修策略探究本文通过对近几年来多型飞机电源系统故障的统计分析，总结出一些故障高发点，进而对这些高发点的同类型故障进行探究，研究其随工作时间、温度等的变化规律及失效特征，以期在维修层面实现预先处理，确保飞机状态。1 故障背景通过对多型军用飞机近几年电源系统 400 余起故障分析可以发现，新机故Fault Analysis and Maintenance Strategy Research for Military Aircraft Power System 姜建辉 杨晨 王宇/中国飞行试验研究院障主要集中在配电系统、二次电源、导线以及发电机等电机类部件；老旧飞机故障主要集中在发电机、起动机及二次电源。因此本文主要针对电机类及配电类典型故障进行研究。DOI:10.19302/ki.1672-0989.2023.01.019 24航空维修与工程 AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING2023/12 典型故障分析2.1 电机类故障结合自身属性及故障特点，将飞机的发电机、起动机、旋转变流机故障统称为电机类故障。2.1.1 故障现象电机类故障可分为电器故障和机械故障两种类型。电器方面的主要故障现象有缺相、无输出、输出电压波动等。机械方面的主要故障现象有振动、轴承过热、转子扫膛、运转声音异常等。起动机类主要故障现象为起动机不转、起动机运转缓慢无力、带动发动机困难或接通起动开关后起动机只有“咔嗒”一声并不转动、起动机空转（离合器打滑）等。2.1.2 失效前征兆就目前阶段而言，在日常机务维修保障过程中，所遇到的发电机主要失效原因为缺相、发电机无输出和轴承磨损，部分发电机在失效前几个小时会出现电压、电流数据有异常波动，油冷发电机出现油液污染、油滤堵塞信号。通常通过长期监测相关数据（油液相关金属含量）的变化可以判断其故障的发展趋势。2.1.3 故障原因分析1）发电机故障原因分析 由于外部短路引起的定子绕组过流：温度升高，绝缘老化；符合超过发电机额定容量而引起的三相对称超负荷：温度升高，绝缘老化；由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流或过负荷：在转子中感应出倍频电流，可使转子局部灼伤或者保护环受热松脱，引起发电机振动；由于励磁回路故障或强磁时间过长而引起的转子绕组过负荷。2）起动机故障原因分析起动机不转时，判断故障在起动机还是继电器，可以用导线短接起动机上的励磁接线柱。如果能够起动，则故障在继电器；如果不能起动，则故障在起动机；如果起动机运转无力，则应该重点检查起动电压、导线连接情况等。此外，在 22 项起动机故障中，起动发电机占 14 项，占比 63.6%，这类故障多在定检过程中发现，主要的故障原因为电刷高度不够或电刷出现偏磨，电刷磨损的碳粉在电机内部无法吹除导致绝缘值不符合要求。2.1.4 预防措施1）发电机类 针对电器原因引发的发电机类故障，在进行拆装、日常检查维护过程中，要注意励磁线、电源线等与发动机附件、发动机蒙皮等的间隙，防止在振动过程中产生磨损；对于风冷发电机定检加注润滑脂时，需关注润滑脂储存状态，判断润滑脂是否存在污染，同时，加注新润滑脂的过程中需检查使用后的润滑脂是否能够正常排出；针对油冷和风冷发电机电枢过热、轴承过热等可能出现的问题，可通过对地面散热不良使用环境过程中对大功率带载时间的控制予以解决，同时在油冷发电机维护过程中严格控制润滑油的加注量，防止散热不良的问题。2）起动机类通过对某系列发动机配装的发电机进行长期统计，考虑到人为因素以及各台发动机在地面试车时间的不同，综合分析发现随着发动机改型功率的升高，相同的发电机的电刷磨损量增加。通过结合其他飞机上有刷电机正常工作时间的电刷磨损量统计分析，初期由于压紧力的不同，磨损量相对较大，后期趋于平稳，有刷电机电刷磨损量平均在工作每 100小时 1mm 左右。因此，在日常工作中完成一定数据积累后，可根据实际测量及维修指标，结合该型电刷的损耗量，预判下一个工作周期的工作状态，如图1 所示，将定期维修方案的工作变成根据电刷磨损曲线制定视情维修方案。2.2.配电类故障对新机而言，故障占比最高的为配电类故障，约为 31.9%。配电类故障又可分为两部分，一部分是与老旧飞机相似的开关接触器类故障，一种为负载管理和 SSPC 配电故障。2.2.1 故障现象 1)接触器故障现象 触点虚接：此种故障现象发生概率较低，且一般检查时很难发现，其故障后果相对来说也比较严重，所以在日常维修过程中应注意这方面的识别和预防；触点粘连：在电感负载电路中，触点磨损过快或火花太大导致磨损过快或粘连；触点无法吸合：线圈故障导致触点无法吸合。2)SSPC 配电故障现象试飞维修保障图 1 碳刷磨损趋势图 25AVIATION MAINTENANCE&ENGINEERING航空维修与工程2023/1图 2 容性负载下的正常开通波形 图 3 感性负载下的正常关断波形图 4 继电器控制原理图在日常维护工作中，遇到的继电器类故障主要有继电器无法断开和继电器无法吸合两种，最直观的表现就是负载无法断开或者无法接通，SSPC 配电故障现象主要有关闭后负载带电、负载异常保护和虚警三种。2.2.2 故障前失效特征对于继电器性能退化无法正常吸合，在接通过程中会出现“哒哒”声，或者工作过程中突然断开，对于粘连故障，在故障前期主要表现形式为负载阶段性无法正常断开。针对 SSPC 故障，负载正常工作时输出波形见图 2、图 3。容性负载下的正常开通波形如图 2所示。此波形是在额定负载和 347F的电容并联情况下所得。在容性负载下工作时，在开通瞬间电流有一冲击，冲击具体倍数随容性负载的不同而不同。在一般情况下，最高冲击倍数可达 6 倍多，冲击时间为 250s 左右。感性负载下的正常关断波形如图 3所示。此波形是在额定负载和 3.2mH 的电感串联情况下所得。感性负载正常关断时，在 MOS 管两端会有短时间的尖峰电压产生，冲击具体倍数随感性负载的不同而不同。一般情况下，最高冲击电压设计在 MOS 管最大电压以下，冲击时间为 250s 左右。2.2.3 故障原因分析1)继电器故障原因分析继电器工作原理如图 4 所示，由图可知，任何部分故障都有可能导致继电器故障，按照机理分析，将继电器故障分为电磁系统的故障和转换、返回系统中的故障两部分。2)SSPC 配电故障原因分析SSPC 故障主要是因 MOS 管的个体缺陷导致击穿或者参数漂移造成保护门限制降低，在负载正常工作过程中进行保护。2.2.4 预防措施针对继电器类故障的预防，提出在日常维护及结构、线缆贯改过程中，对盘箱类部件应做好防护，防止灰尘、金属屑等通过散热网进入产品内部污染触头；老旧机型在自主更换继电器过程中除了注意触点的污染外，还应确保安装稳固。3 总结及运用本文通过从新飞机和老旧飞机两个维度对 400 余起故障进行统计分析，总结出了新机故障主要集中在配电系统、二次电源、导线以及发电机等电机类部件；老旧飞机故障主要集中在发电机、起动机及二次电源的故障规律，针对故障特点进行研究，从故障机理进行分析，制定相应的维修策略及预防性维修措施，对后续的维修保障具有很好的借鉴意义。3.1 维修手段的应用1）性能退化趋势的预判针对一些退化特征随时间变化较为明显的特征量（如碳刷高度），可在结合其长期工作的基础上，评判其固定时间磨损量，预判其下个工作周期的状态，针对剩余量不足以保证下个周期工作状态的，适时进行处理。2）老旧飞机线缆的预防评估针对航空电缆导线比较细，绝缘层比较薄，难以进行试验和弯曲实验的特点，选择测量导线的绝缘电阻、泄漏电流、电容变化、介质损耗等电参量研究绝缘材料的老化规律，从而对其失效趋势进行评估，后期将结合老旧飞机的延寿进行针对性评估。3）多方式开展故障的诊断与识别针对 SSPC 类故障，之前的故障隔离方式难以有效进行故障诊断，在故障判断过程中可利用示波器采取监测其输出电流（电压）信号的方式，对故障原因进行识别，对保护原因进行分析，便于故障的排除。3.2 维修理念的展望1）定周期到变周期的探索通过对试飞数据可靠性分析，建立测试数据与飞参数据相结合的试飞数据库，探索试飞科目对飞机结构及系统的影响，建立基于系统基线的变周期工作评估体系。2）建立有效的监控系统面向飞机的故障类型和故障数量，建立有效的监控系统，结合飞参数据收集飞机故障，包括故障发生时间、故障类型、故障原因、处理方法、造成后果、处理措施等，对故障能够进行多维度（时间、科目、温度）统计分析，最终形成多维度故障分析报表。