周萌 張千一 徐鑫 陳海洋 李珂 童巖鵬

摘要：針對某型發(fā)動機外場裝機條件下地面試車時控制器上位機及飛機座艙發(fā)出“防冰故障”告警的情況，采用故障樹分析法，結(jié)合“防冰故障”“溫包故障”告警原理，準確定位故障原因，采取相應的解決措施，并對控制軟件邏輯進行優(yōu)化，增加“溫包故障信號器”監(jiān)測邏輯，以在飛行前自檢時預判故障，有效提高了飛行安全性。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機；防冰故障；溫包故障；控制軟件；監(jiān)測邏輯

Keywords：aero-engine；anti-icing fault；temperature bulb fault；control software；monitoring logic

0 引言

航空發(fā)動機是飛機的心臟，發(fā)動機能否正常工作，對飛行安全具有決定性影響。電氣系統(tǒng)（包括多種電氣部件和連接導線）是控制和監(jiān)測航空發(fā)動機工作的重要組成部分，電氣系統(tǒng)工作在高溫、高負荷、強振動的惡劣環(huán)境中，極易受到外界環(huán)境影響而出現(xiàn)多種類型故障，影響發(fā)動機的正常工作，甚至導致毀滅性的事件發(fā)生，因此航空發(fā)動機電氣系統(tǒng)是飛行安全的技術(shù)核心[1]。

由于航空發(fā)動機電氣系統(tǒng)的特點是線路多，連接關(guān)系復雜，各元器件相互影響，并存在電氣元器件和連接導線之間的信號交聯(lián)，以及偶發(fā)性電磁干擾故障，因此電氣系統(tǒng)故障常常具有排故工作范圍廣、故障模式難以判斷的技術(shù)特點，排故工作難度較大[2]。

航空發(fā)動機數(shù)字電子控制器（簡稱控制器）作為發(fā)動機控制系統(tǒng)（包含電氣系統(tǒng)）的核心部件，其主要作用是對發(fā)動機和控制系統(tǒng)的各重要控制、監(jiān)控參數(shù)進行采集，按一定的控制規(guī)律和控制算法進行運算并發(fā)出控制指令，控制相應的執(zhí)行機構(gòu)。作為數(shù)字電子控制系統(tǒng)設計的關(guān)鍵，控制軟件各環(huán)節(jié)設計都是至關(guān)重要的。

1 故障現(xiàn)象描述

某型航空發(fā)動機在外場裝機條件下進行地面試車時，在發(fā)動機已運轉(zhuǎn)至高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N2≥57%，且當時發(fā)動機進口總溫T1≤16℃的條件下，控制器上位機及飛機座艙發(fā)出“防冰故障”告警。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，控制器滿足防冰自動接通條件，控制器開關(guān)量輸出“接通防冰”信號正常，但是控制器開關(guān)量輸入“防冰系統(tǒng)接通”信號（KI_FB）檢測時顯示防冰系統(tǒng)沒有接通，即控制器X3插座30管腳（X3：30）未接收到27V信號。同時發(fā)現(xiàn)發(fā)動機停車時，控制器上位機未發(fā)出“溫包故障”告警，判定為異?，F(xiàn)象。

2 故障排查

發(fā)動機在N2≥57%，T1≤16℃，H<10.5km，Ma<1.2時，滿足防冰接通條件，控制器發(fā)出防冰接通指令，通過飛機繼電器，接通防冰氣動電磁閥。電磁閥打開后，將高壓五級熱空氣接通至防冰控制附件，通過壓力差打開防冰控制附件，將熱空氣送出。防冰控制附件接通后產(chǎn)生位移，微動開關(guān)采集位移信號后，將防冰接通信號反饋至控制器，形成閉環(huán)回路，如圖1所示。

根據(jù)防冰控制回路的構(gòu)成示意圖，梳理了可能導致防冰故障的故障樹，如圖2所示。根據(jù)故障樹，梳理出18項底事件，并逐項進行了分析和排除，具體過程如表1所示，其中14項可排除，有4項不能排除。

采用故障樹分析法對底事件進行排查后，有4項底事件不能排除，故障原因定位到飛機供電的斷路器（保險）、發(fā)動機電纜、防冰微動開關(guān)及飛機電纜（即圖3中線路1）上，需通過進一步排查來準確定位故障原因?！胺辣收稀备婢碾姎庠硎疽鈭D如圖3所示。

正常情況下，斷路器開關(guān)閉合，飛機供電28V經(jīng)由發(fā)動機電纜接線盒XC1插座1管腳，給溫包故障信號器（在主燃油泵調(diào)節(jié)器上）、防冰微動開關(guān)（在防冰控制附件上）、總?cè)加蜑V壓差信號器、滑油濾壓差信號器以及滑油金屬屑末信號器同時供電。當控制器滿足防冰自動接通條件時，在防冰氣動電磁閥及防冰控制附件功能正常的情況下，防冰微動開關(guān)閉合，如果圖3中的線路1上無斷路點，則線路1為通路，這時控制器X3插座30管腳會接受到27V信號；反之，當線路1斷路，則控制器X3插座30管腳不會接受到27V信號。根據(jù)防冰功能控制軟件邏輯，控制器滿足防冰自動接通條件而防冰系統(tǒng)沒有接通（即X3：30管腳未接收到27V信號），則通過1394B總線發(fā)出“防冰故障”告警信號，這就是飛機座艙發(fā)出“防冰故障”告警的原理。

3 故障問題定位

故障數(shù)據(jù)回放顯示，該型發(fā)動機發(fā)生防冰故障時，發(fā)動機已運轉(zhuǎn)至N2≥57%，當時T1≤16℃，且發(fā)動機地面開車時H為當?shù)睾０危s300m）、Ma=0，控制器滿足防冰自動接通條件。根據(jù)上述對防冰故障的排查分析，可判斷該型發(fā)動機此次防冰故障的原因是線路1存在斷路點。逐段排查線路1上飛機供電的斷路器（保險）、發(fā)動機電纜、防冰微動開關(guān)、飛機電纜以及電連接器的連接情況，發(fā)現(xiàn)給飛機供電的斷路器（保險）跳閘，致使線路1斷路。懷疑線路1存在短路點，造成線路1電流過大，導致斷路器（保險）跳閘。但經(jīng)逐段排查后，未在線路1上發(fā)現(xiàn)短路點。

圖3所示，溫包故障信號器等5個信號器都是由同一路飛機供電線路供電的，除防冰微動開關(guān)這一路外，其他幾路上如果存在短路點，也會造成斷路器（保險）跳閘。因此，逐段排查其他幾路上的發(fā)動機電纜、信號器、飛機電纜以及電連接器的連接情況，發(fā)現(xiàn)線路2上由發(fā)動機電纜接線盒端到控制器端的飛機電纜線（XC2：T→X3：75）（見圖3）存在絕緣問題，與地虛接短路。線路2上飛機電纜線存在短路點，造成線路2電流過大，導致斷路器（保險）跳閘，從而使線路1斷路，控制器根據(jù)防冰功能控制軟件邏輯，通過1394B總線發(fā)出“防冰故障”告警信號，因此，控制器上位機及飛機座艙發(fā)出“防冰故障”告警。

“溫包故障”告警的電氣原理示意圖如圖3所示，液壓原理示意圖如圖4所示。當發(fā)動機停車時，由于圖4中定壓油壓力未充分建立，在溫包指令壓力的作用下，溫度傳感器轉(zhuǎn)換活門1向下移動，使溫包故障信號器4的燃油進口定壓油與回油溝通，溫包故障信號器4內(nèi)油壓降低，電路接通。但由于斷路器（保險）跳閘，線路2斷路，盡管溫包故障信號器電路接通，控制器X3：75管腳也不會有27V電壓輸入，因此控制器上位機未發(fā)出“溫包故障”告警，符合故障現(xiàn)象。

總?cè)加蜑V壓差信號器、滑油濾壓差信號器、滑油金屬屑末信號器與溫包故障信號器類似，當總?cè)加蜑V、滑油濾未堵塞，滑油中金屬屑末未超標，溫包正常的情況下，這4個信號器不接通，因此無論線路上是否存在其他斷路點，飛機座艙都不會報故。

4 排故措施及驗證情況

針對上述故障原因分析確定的故障問題，以一根絕緣性良好的新飛機電纜線替代原存在絕緣問題的飛機電纜線（XC2：T→X3：75），恢復飛機電纜插頭，從而使飛機供電的斷路器（保險）正常工作，飛機能夠正常供電，圖3中的5路信號器線路都能正常工作。

更換新飛機電纜線后，當發(fā)動機停車時，控制器上位機正常發(fā)出“溫包故障”告警。發(fā)動機地面開車（H約300m、Ma=0）至N2≥57%，且當時T1≤16℃，控制器滿足防冰自動接通條件，控制器上位機及飛機座艙不再發(fā)出“防冰故障”告警信號。這表明故障問題定位準確，排故措施有效。

5 控制軟件邏輯優(yōu)化

飛機電纜線（XC2：T→X3：75）短路造成斷路器（保險）跳閘，致使溫包故障信號器、防冰微動開關(guān)等5路信號器線路斷路是導致本次防冰故障的根本原因。實際上，在發(fā)動機地面開車前，控制器上位機未發(fā)出“溫包故障”告警就說明溫包故障信號器一路（線路2）上存在問題，但這一現(xiàn)象容易被人忽視。同時，假設發(fā)動機開車過程中存在溫包故障、總?cè)加蜑V堵塞、滑油濾堵塞、滑油金屬屑末超標現(xiàn)象，由于斷路器（保險）跳閘，飛機及控制器也不能正常報故，會嚴重影響發(fā)動機安全甚至飛行安全。因此，從更深層次的角度考慮，應對控制軟件邏輯進行優(yōu)化。

在控制軟件中增加“溫包故障信號器”監(jiān)測邏輯，可以在飛行前的自檢中及時發(fā)現(xiàn)問題。具體控制軟件邏輯要求如下：

增加Flash可調(diào)參數(shù)“溫包故障信號器狀態(tài)字”（默認值為1，可調(diào)范圍0、1）。

當“溫包故障信號器狀態(tài)字”為0時，飛行前自檢邏輯保持不變。

當“溫包故障信號器狀態(tài)字”為1時，在飛行前自檢邏輯中增加溫包故障信號器檢查，即在飛行前自檢過程中，若開關(guān)量輸入KI_WB“溫包故障”信號為0V，則認為溫包故障信號器故障，飛行前自檢不通過，并通過1394B總線輸出“上電及飛行前自檢未通過”，在DATA包1、FTI包1的字節(jié)偏移212，字內(nèi)偏移10，發(fā)出“飛行前自檢溫包故障信號器故障”，通過RS-422串口總線在上位機中輸出“飛行前自檢未通過”“飛行前自檢溫包故障信號器故障”，在7143數(shù)據(jù)、上位機數(shù)據(jù)中增加記錄“飛行前自檢溫包故障信號器故障”。

控制軟件邏輯優(yōu)化后，如果發(fā)動機地面開車前，控制器上位機未發(fā)出“溫包故障”告警，控制器飛行前自檢是不通過的，因此可以提前預判故障，及時排查問題原因，并采取相應解決措施，提高了飛行安全性。

6 結(jié)束語

本文針對外場飛行前發(fā)生的“防冰故障”告警，采用了故障樹分析法，通過分析故障模式的底層事件，梳理了18項底事件，通過對底事件的逐項分析、逐項排除，準確定位該故障的原因為飛機電纜線短路。針對故障問題定位，采取更換導線的排故措施，經(jīng)驗證，采取措施有效?？偨Y(jié)本次防冰故障排故經(jīng)驗，對控制軟件邏輯進行了優(yōu)化，可在飛行前自檢時及時發(fā)現(xiàn)問題，避免后續(xù)此類故障的發(fā)生，提高了發(fā)動機的可靠性，提高飛行的安全性。

參考文獻

[1] 張璐. 民用航空發(fā)動機電氣系統(tǒng)故障診斷方法研究[D]. 天津：天津大學，2016.

[2] 伊恩·莫伊爾，阿倫·西布里奇.飛機系統(tǒng)-航空、電氣和航空電子分布系統(tǒng)綜合[M]. 北京：航空工業(yè)出版社，2011，152～155.

作者簡介

周萌，工程師，主要從事航空發(fā)動機控制系統(tǒng)總體設計工作。