都基瑛 孟述

1 研究背景

飛機(jī)的起落架系統(tǒng)是飛機(jī)執(zhí)行起降工作的重要執(zhí)行系統(tǒng)，它正常工作直接關(guān)系到飛機(jī)的飛行安全。起落架的“重力放操作”作為起落架收放功能的備用方式，是保證飛機(jī)安全著陸的最后一道安全鎖。因?yàn)閳?zhí)行起落架的“重力放操作”就說明起落架的正常收放功能已經(jīng)完全喪失，飛機(jī)一旦出現(xiàn)“重力放操作”事件在國(guó)內(nèi)民航維修和安全領(lǐng)域都會(huì)產(chǎn)生較大影響。

南航A320機(jī)隊(duì)近年來發(fā)生數(shù)起重力放起落架事件，由于其后期AOG排故時(shí)間較長(zhǎng)、更換部件較多、影響較大而受到各級(jí)的關(guān)注，根據(jù)最終的排故結(jié)果分析這些事件無一例外都是由于起落架安全活門（此部件的功能號(hào)為49GA，下文將此部件簡(jiǎn)稱為49GA）故障而導(dǎo)致的。

因自身故障導(dǎo)致飛機(jī)重力放操作的部件多種多樣，而49GA故障作為故障原因之一，其故障隱蔽、排故困難，一直以來都是機(jī)務(wù)工作者的“頭號(hào)大敵”。為此，南航針對(duì)49GA設(shè)計(jì)了測(cè)試程序和檢查設(shè)備，可以提前發(fā)現(xiàn)故障隱患，并且為排故工作提供確實(shí)證據(jù)，從而減少排故時(shí)間，縮短停場(chǎng)以及AOG時(shí)間，極大地降低由于飛機(jī)重力放操作而產(chǎn)生的不良影響。

2 系統(tǒng)原理介紹

為了深入了解49GA部件故障為何會(huì)導(dǎo)致重力放起落架，以及49GA發(fā)生故障后排故工作進(jìn)展為何如此困難，所占用的AOG時(shí)間如此之長(zhǎng)，在排故工作中，對(duì)飛機(jī)起落架系統(tǒng)以及49GA本體的工作原理等方面進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

1） A320系列飛機(jī)起落架系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介

如圖1所示，起落架系統(tǒng)的收放是受電控液壓作動(dòng)，飛機(jī)的綠液壓系統(tǒng)提供給起落架系統(tǒng)液壓壓力，用于起落架及艙門的收放作動(dòng)。起落架安全活門（49GA）屬于起落架液壓系統(tǒng)的液壓源總控控制部件，用于控制綠液壓系統(tǒng)向起落架進(jìn)行液壓壓力輸出。如果該部件卡死在關(guān)閉位，飛機(jī)起落架系統(tǒng)就會(huì)因沒有液壓壓力供應(yīng)而無法實(shí)現(xiàn)正常收放。

2） 安全活門原理簡(jiǎn)介

起落架安全活門49GA是一個(gè)電控活門，如圖2所示。當(dāng)飛機(jī)速度大于等于260節(jié)時(shí)，內(nèi)部線圈為斷電狀態(tài)，此時(shí)飛機(jī)綠液壓系統(tǒng)與起落架液壓系統(tǒng)是隔離狀態(tài)，使飛機(jī)在正常飛行時(shí)起落架系統(tǒng)無液壓壓力供應(yīng)，避免起落架系統(tǒng)意外作動(dòng)和液壓油滲漏；當(dāng)飛機(jī)滿足49GA的工作條件時(shí)，49GA內(nèi)部線圈通電，49GA活門將起落架液壓系統(tǒng)與飛機(jī)綠液壓系統(tǒng)連接，以實(shí)現(xiàn)起落架及艙門的液壓收上和放出。

3 問題分析

由此可見，由于該部件控制的思路在于用弱電壓控制高壓力油路，使得該部件在發(fā)生故障后的容錯(cuò)能力較差，并且由于數(shù)字電路自身的可靠性問題，使得該部件存在一定概率的瞬時(shí)故障。但由于起落架系統(tǒng)的邏輯控制計(jì)算機(jī)對(duì)于49GA沒有實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能，使得當(dāng)49GA發(fā)生故障時(shí)，飛機(jī)的中央故障系統(tǒng)不會(huì)向維護(hù)人員給出明確的故障信息，因此工作者無法第一時(shí)間定位故障源，為了排除故障不得不占用機(jī)庫、耗費(fèi)大量的停場(chǎng)時(shí)間模擬飛機(jī)的空中狀態(tài)，并通過不斷進(jìn)行起落架頂升、收放工作試圖重現(xiàn)故障從而確認(rèn)故障源，此方法不僅占用大量人力、機(jī)庫、設(shè)備甚至還需要占用大量的時(shí)間和備用航材周轉(zhuǎn)。根據(jù)以往的排故過程估算：每次排故所需費(fèi)用不少于20萬元人民幣。

針對(duì)如何能夠降低由于49GA故障而導(dǎo)致的航班惡性延誤甚至航班取消，南航曾與國(guó)內(nèi)其他航司進(jìn)行過技術(shù)交流，借用空客的世界故障技術(shù)交流平臺(tái)（fare）查找國(guó)際經(jīng)驗(yàn)以及應(yīng)對(duì)方式，并和空客進(jìn)行積極的溝通以求獲得更好、更實(shí)用的解決措施，但是由于部件自身的設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及各航司的安全控制理念的不同，該項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)、國(guó)際上并沒有行之有效的措施。為此南航通過對(duì)于南航A320機(jī)隊(duì)以往49GA故障事件統(tǒng)計(jì)和分析，結(jié)合空客維護(hù)手冊(cè)（AMM）測(cè)試程序和49GA相關(guān)的部件維修手冊(cè)（CMM）制定了南航自有的控制措施。

4 預(yù)防性維修方案的制定

4.1 部件可靠性分析

通過對(duì)南航可靠性系統(tǒng)記錄進(jìn)行篩查，確認(rèn)61項(xiàng)維修記錄與49GA拆換有關(guān)。在深入分析中從61項(xiàng)維修記錄甄別出15起最具有代表性的拆換記錄，見表1。15起拆換中有7起拆換源于49GA故障，剩余8起源于部件漏油。

通過對(duì)于7起拆換部件的送修記錄分析發(fā)現(xiàn)，7起事件都是由于49GA內(nèi)部電磁閥故障而導(dǎo)致的。

4.2 建立測(cè)試方案

電磁閥是49GA的核心部件，它可以看作是作動(dòng)線圈和續(xù)流二極管的并聯(lián)數(shù)字電路。由于電磁閥電路為電磁感應(yīng)電路，采用常規(guī)測(cè)量手段——萬用表測(cè)量法進(jìn)行測(cè)量會(huì)使線圈因兩側(cè)電壓降得突然而產(chǎn)生感應(yīng)電壓，進(jìn)而影響電磁閥的測(cè)量結(jié)果；同時(shí)由于線圈并聯(lián)二極管，不當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法和過高的測(cè)量電壓會(huì)直接擊穿二極管從而導(dǎo)致49GA損壞。

因此，南航結(jié)合了空客維護(hù)手冊(cè)和部件維修手冊(cè)，建立了如下的測(cè)試方案：

1） 采用空客維護(hù)手冊(cè)給出的參考測(cè)試線路，如圖3所示。

2） 對(duì)于電磁線圈和二極管的并聯(lián)阻抗進(jìn)行間接測(cè)量。根據(jù)空客維護(hù)手冊(cè)提供的程序，需要一個(gè)1.5V直流電源串聯(lián)一個(gè)電阻后，與安全活門插頭上兩個(gè)插釘相連，通過測(cè)量串聯(lián)電阻兩端電壓，間接地計(jì)算出線圈在正負(fù)電壓下的阻抗，如圖4所示。

3） 將測(cè)量電壓值按照如圖5所示工卡中的公式計(jì)算出阻抗，參照維護(hù)手冊(cè)給出的電壓和電阻值作為標(biāo)準(zhǔn)值，可以判斷線圈及內(nèi)部的二極管是否有缺陷，進(jìn)而評(píng)估該部件是否需要進(jìn)行更換。

4.3 制定維修計(jì)劃

在機(jī)隊(duì)范圍內(nèi)，針對(duì)49GA增設(shè)檢查要求：定期執(zhí)行49GA功能測(cè)試，檢查間隔為12個(gè)月。持續(xù)收集各地的檢查結(jié)果，計(jì)劃根據(jù)檢查結(jié)果視情改變檢查間隔，盡量降低49GA發(fā)生故障的概率。

5 專用設(shè)備的研發(fā)

為了方便一線工作者的實(shí)際操作，同時(shí)降低工作者在測(cè)量過程中可能產(chǎn)生的人為因素，南航將本方法涉及的線路以及計(jì)算程序固化為測(cè)試設(shè)備。

經(jīng)實(shí)地操作，按照新的測(cè)試方法并使用測(cè)試設(shè)備不僅簡(jiǎn)便可行并且測(cè)量方便，測(cè)量精度較高，極大程度地降低了人為因素以及工作環(huán)境等客觀因素對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響，同時(shí)避免了由于測(cè)量失誤而導(dǎo)致49GA損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

5.1方案設(shè)計(jì)

根據(jù)前述的測(cè)量方案，評(píng)估測(cè)試設(shè)備需要以下幾個(gè)模塊：電源部分、電壓極性切換部分和測(cè)量部分。

針對(duì)不同模塊，南航各地的工程師提出了以下幾種設(shè)計(jì)方案，并對(duì)方案進(jìn)行了研討和比較：

1） 電源部分：

a.使用干電池作為電源，通過電位器分壓調(diào)整輸出電壓。但是此方案無法保證手冊(cè)要求的1.5V±1%的精度。

b. 使用穩(wěn)壓芯片：使用合適的穩(wěn)壓芯片，可以保證在不同的負(fù)載下，也能輸出符合精度要求的電壓。

2） 電壓極性切換部分：

a. 人工插拔部件上的連接線，這種方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但評(píng)估此種方式較為費(fèi)時(shí)。

b. 也可以使用雙刀雙擲開關(guān)切換，評(píng)估此種方式可以較為快速方便地切換。

c. 或者使用單片機(jī)控制繼電器，自動(dòng)切換電壓極性。這種方式除了可以快速方便地切換電壓極性，還能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

3） 測(cè)量部分：

a. 使用萬用表測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)的電壓，根據(jù)測(cè)量值計(jì)算活門線圈阻抗。

b. 使用模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，通過單片機(jī)測(cè)量關(guān)鍵點(diǎn)電壓，自動(dòng)計(jì)算線圈阻抗。

根據(jù)上述討論，最終設(shè)計(jì)了兩種方案。一種是不需要經(jīng)過計(jì)量部門檢驗(yàn)的基礎(chǔ)版，但需要配合萬用表使用；另外一種是能自動(dòng)計(jì)算測(cè)量值的智能版，但需要定期經(jīng)過計(jì)量部門的檢驗(yàn)。

5.2 設(shè)備制作

確定了設(shè)計(jì)方案后，搭建了實(shí)驗(yàn)電路，如圖6所示。在航材庫中的部件上進(jìn)行方案的可行性驗(yàn)證，確認(rèn)了穩(wěn)壓芯片可以輸出穩(wěn)定的電壓，同時(shí)也確認(rèn)了通過單片機(jī)測(cè)量電壓和控制電壓極性的可行性。

在考慮了空間、性能、操作等方面的限制，完成了適合外場(chǎng)使用的便攜式設(shè)備，如圖7所示。

完成后，對(duì)設(shè)備進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)航材庫的部件和飛機(jī)上的部件均進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)試結(jié)果符合手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)也將測(cè)量值與經(jīng)過計(jì)量的萬用表進(jìn)行比對(duì)，測(cè)量值一致。

1） 設(shè)備介紹

基礎(chǔ)版：不需要經(jīng)過計(jì)量部門檢驗(yàn)，僅提供穩(wěn)定的輸出電壓，獲得測(cè)量結(jié)果需配合萬用表使用。

智能版：裝有OLED液晶屏幕和單片機(jī)，可直接顯示測(cè)量結(jié)果，需要定期進(jìn)行計(jì)量檢驗(yàn)，如圖8所示。

側(cè)面放置電源開關(guān)和充電插孔，正面有3個(gè)測(cè)量點(diǎn)和2個(gè)接線插座，模式選擇開關(guān)或者按鈕是用來切換兩個(gè)接線插座之間的電壓極性。同時(shí)智能版的屏幕，用來顯示測(cè)量數(shù)值，如圖9所示。

具體的使用方法如下：

a. 打開電源開關(guān)。將測(cè)量線的紅藍(lán)插頭按顏色插入到對(duì)應(yīng)的測(cè)量線插座中。

b. 將測(cè)量線另一端的航空插頭連接到待測(cè)件上。

c. 通過模式選擇開關(guān)切換電壓極性。

d. 基礎(chǔ)版配合使用萬用表獲得測(cè)量值，使用公式計(jì)算阻抗。

e. 智能版直接通過OLED屏幕讀取測(cè)量值。

f. 將測(cè)量值與手冊(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，判斷部件好壞。

2） 設(shè)備特點(diǎn)

a. 電壓穩(wěn)定：內(nèi)部的穩(wěn)壓芯片可以保證電源電壓穩(wěn)定在1.5V±1%內(nèi)。

b. 測(cè)量方便：使用了2mm香蕉插座作為測(cè)量點(diǎn)，便于使用萬用表進(jìn)行測(cè)量和核對(duì)。

c. 切換快速：可以通過開關(guān)或按鈕切換輸出電壓的極性，無需重新插拔測(cè)量線。

d. 自動(dòng)計(jì)算：智能版內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，對(duì)測(cè)量點(diǎn)的電壓進(jìn)行記錄和計(jì)算，自動(dòng)算得被測(cè)件阻抗，避免人為計(jì)算可能產(chǎn)生的失誤。

e. 續(xù)航持久：內(nèi)置可充電的鋰電池，理論計(jì)算使用時(shí)間超過20小時(shí)。

f. 接線穩(wěn)定：配備了匹配部件的航空插頭，接線方便穩(wěn)定。

g. 工時(shí)少：如果搭建簡(jiǎn)易電路進(jìn)行測(cè)量，需要2～3人可以完成工作；如果使用本設(shè)備，只需要1人即可快速完成工作。

h. 本設(shè)備可以在民航系統(tǒng)內(nèi)所有維護(hù)空客A320機(jī)型的航空公司推廣使用。

6 結(jié)束語

綜上所述，針對(duì)空客A320系列飛機(jī)，在起落架系統(tǒng)排故中，使用此設(shè)備可以對(duì)安全活門進(jìn)行快速的檢測(cè)，代替頂升飛機(jī)做收放測(cè)試，減少排故時(shí)間。

另外，使用此設(shè)備定期完成主起落架安全活門的操作測(cè)試，可以有效發(fā)現(xiàn)電磁線圈的功能失效，提早發(fā)現(xiàn)存在缺陷的安全活門，避免起落架收放系統(tǒng)故障而返航，提升空客機(jī)隊(duì)的整體可靠性。

作者簡(jiǎn)介

都基瑛，主任工程師，主要負(fù)責(zé)技術(shù)管理工作。

孟述，高級(jí)工程師，主要負(fù)責(zé)技術(shù)管理工作。