某型吊艙試驗故障分析

王沙威 岡 萍

中國飛行試驗研究院

故障現象

某型吊艙進行掛飛試驗，第一架次機上吊艙、某型外掛投棄控制板均不加電，機上情況正常。第二架次機上試驗吊艙加電，某型外掛投棄控制面板加載應急電源、正常電源，完成了規定的飛行任務后落地，試驗過程未發現異常。當天共進行了兩個架次的飛行。飛行后地勤人員檢查發現，某型內側掛點吊艙掛架及試驗吊艙脫落。

故障分析

故障發生后，進行了故障樹分析，如圖1 所示，梳理出打開吊艙掛彈鉤的因素有：吊艙投棄機械系統功能故障、正常投放模式、應急投放模式以及吊艙掉落后發現的“實際故障狀態”。通過對吊艙投棄機械系統功能檢查，其掛彈鉤可正常工作，排除該因素；正常投放模式和應急投放模式都可打開吊艙掛彈鉤；吊艙掉落后發現的“實際故障狀態”是：在投棄允許開關為“關”的情況下，應急投棄斷路器處于“打開”狀態，并且外掛投棄面板有燒蝕現象，屬于非正常狀態。因此，將重點對被試系統進行分析。

規定投棄操作程序與空中對被試系統操作比較

規定的吊艙投棄操作程序

設計規定按以下兩種操作程序執行，可實現吊艙正常投棄。

a.使用機上正常直流匯流條供電時（輪載為“空中”狀態），接通配電控制箱上“正常投放”斷路器，將中央操縱臺上電源控制指示板上的“電源開關”撥到“開”，接通外掛投棄控制板上的“投棄允許”開關到“開”，打開保險蓋，按下“外”、“中”、“內”按鈕，可實現相應的對稱掛點投棄；

b.使用機上蓄電池供電時（輪載為“空中”狀態），接通配電控制箱上“應急投棄”斷路器，接通外掛投棄控制板上的“投棄允許”開關到“開”，打開保險蓋，按下“外”、“中”、“內”按鈕，可實現相應的對稱掛點投棄。

由此可知，按照上述兩種程序進行操作，電源控制指示板上“電源開關”和外掛投棄控制板“投棄允許”開關都撥到“開”的情況下，按下“外”、“中”、“內”按鈕，吊艙會正常投棄。

故障前的空中操作程序

空勤機組人員在故障發生前對被試系統采取的操作程序是：外掛吊艙、顯控設備處于正常工作狀態時，關閉顯控設備顯示器開關和中央操縱臺電源控制指示板上的“電源開關”。

圖1 吊艙掉落故障樹

圖2 吊艙投棄控制示意圖

圖3 試驗程序圖

按照空勤人員的操作后，吊艙掉落。地面檢查發現，左右內側掛點通用掛架外觀正常，脫落插頭及連接電纜狀態良好，掛彈鉤處于投放狀態；機上外掛投棄控制板“投棄允許”開關為“關”，投放選擇按鈕保護蓋未打開；中央操縱臺電源控制指示板上的“電源開關”為“關”狀態；配電控制箱上應急投棄斷路器自動彈起。也就是說，應急電源給上述設備供電時，在未進行投棄操作的情況下，被試系統執行了吊艙投棄的功能。需對被試系統吊艙投棄控制進行分析。

故障定位分析和故障復現

圖2 為吊艙投棄控制示意圖，根據2.1 的分析，在應急供電時，未進行投棄操作的情況下，內側掛點掛鉤執行了投棄信號，也就是說，投棄開關S1 處于“打開”狀態下，開關S1 進行了自動閉合，進而執行了吊艙投棄操作。

下面通過試驗對上述分析進行驗證。在中、外側四個吊艙下鋪設保護墊，并斷開相應的線纜；對左、右內側掛點掛裝檢驗投放工具；將輪載開關置于“空中”狀態；接通地面電源和機上蓄電池，接通配電控制箱上“應急投棄”斷路器，左、右內側掛點掛彈鉤開鉤，檢驗投放工具脫落。故障試驗程序如圖3 所示。重復上述試驗，現象相同。

將加裝的外掛投棄控制板拆下，打開外掛投棄控制板面板檢查，發現該設備內部有焦煳味，觀察發現控制板矩形電連接器引出的黑色導線中7 號控制導線（正常控制供電）、8 號控制導線（應急控制供電）引出線燒蝕嚴重。經檢查確認，7 號、8 號與5 號控制導線（應急內側投棄）短路。

當試驗機加載正常、應急電源（7 號、8 號導線加電），5 號導線便短路帶電，其對應的繼電器K3 即工作輸出投棄信號，導致試驗機左右內側掛點掛彈鉤開鉤，投放夾具脫落（參考圖2）。

綜上分析，判斷7、8 號導線有大電流經過，造成7、8 號導線與5 號導線間燒蝕短路，進而導致吊艙掛架及吊艙的脫落。下面對被試系統工作原理進行分析。

被試系統工作原理分析

外掛投棄控制板內矩形連接器，控制電路導線額定電流：3.7A。由于外掛投棄控制板“投棄允許開關”設計方式為采用單刀單置開關，并且沒有采取電路隔離保護措施，造成外掛投棄控制板內矩形連接器的7號控制導線（正常控制供電）和8 號控制導線（應急控制供電）處于常通狀態。以下四種情況是對工作電流的具體分析。

a.在正常情況下，當輪載處于“空中”狀態時，正常電源和應急電源同時上電時均為直流28V，外掛投棄控制板內正常投放電路和應急投棄電路的電壓差和電流較小，對外掛投棄控制板內控制導線（包括7 號、8 號線在內）基本無影響。

b.當正常供電斷開，應急供電保持接通狀態時，應急電源通過外掛投棄控制板內連接“投棄允許”開關的7號、8 號控制導線對正常供電電路進行供電，也就是造成應急電源對吊艙、顯控設備進行供電。

c.若在正常供電狀態下，被試系統下電操作采取通過顯控設備斷開外側吊艙各1 具，內側吊艙2 具、關閉顯控設備顯示器開關；此時吊艙及顯控設備處于待機工作狀態，關閉“電源開關”后，應急電源開始給上述設備供電，此時總電流為2.15A。

d.若在正常供電狀態下，外掛吊艙、顯控設備處于工作狀態時，被試系統下電操作采取關閉顯控設備顯示器開關，關閉中央操縱臺電源控制指示板上的“電源開關”時，應急電源開始給上述設備供電，此時最大總電流為24.2A。

隨后，模擬機上狀態對外掛投棄控制板內控制電路導線進行電流摸底試驗，試驗結果見表1。

表1 對1 束14 根導線施加以下負載條件的試驗結果

綜上可知，按a，b，c 條進行操作，被試系統正常工作，但在按d 條進行操作時，發生了大電流通過，即導線出現燒蝕，進而出現短路的情況。

通過對被試系統分析，7、8 號導線中有大電流經過，造成與5 號導線間燒蝕短路，進而導致吊艙掛架及吊艙的脫落；并通過對被試系統電路電流分析和電流摸底試驗，驗證了電流過大時投棄控制面板導線表皮融化冒煙，導線短路。

圖4 改進方案電路控制圖

經數據分析確認：故障發生時正常匯流條保持了18s20V 輸出電壓，線路上的總電流高達28.72A，由此可知，故障發生時線路上的電流足以將7 號、8 號導線燒蝕，說明對故障的定位是準確的。

改進方案

在外掛投棄控制設計過程中，將開關由雙刀型改為了單刀型，使“正常供電”和“應急供電”合并位置發生改變。而為避免V9、V10 二極管壓降對繼電器的工作造成影響，并未對V9、V10 二極管位置進行相應調整，導致隔離措施失效、形成潛在回路。

針對上述問題，對外掛投棄控制板的設計方案進行改進設計，主要措施有：

恢復雙刀型鈕子開關設計（開關S1）；

通過K8 繼電器及V9、V10 二極管構成線路隔離的雙保險。

改進方案控制圖如圖4 所示。

從圖4 中可以看出，只要機上給外掛投棄控制板供電正常電源，K8 繼電器即工作，使觸點置長開端，實現正常電源與應急電源的隔離。即使在后級電路中正常電路、應急電路因器件故障出現短接情況，V9、V10 二極管依然能保證電源的相互隔離。改進方案采取了有效的隔離措施，消除了潛在回路的存在。

試驗驗證

改進方案摸通過了摸底驗證試驗，高溫工作試驗、低溫工作試驗、溫度沖擊試驗、振動功能試驗、沖擊試驗、加速度試驗、電源特性試驗、電磁兼容性試驗等掛飛安全性試驗的驗證。

此后，進行了機上聯試。試驗分三種情況進行：

機上給外掛投棄控制板供正常電源，進行試驗機左右內、中、外掛點應急投棄，外掛投棄控制面板功能正常；

機上給外掛投棄控制板供應急電源，進行試驗機左右內、中、外掛點應急投棄，外掛投棄控制板功能正常；

機上給外掛投棄控制板同時正常、應急電源，進行試驗機左右內、中外掛點應急投棄，外掛投棄控制板功能正常。

最后進行了機上地面試驗，模擬進行2 次吊艙投棄故障時操控狀態，未出現意外投棄的故障。另外進行2 次模擬投棄試驗，狀態正常。經過實際的試飛驗證，外掛投棄控制板功能正常，滿足后續試飛任務需要。

結語及思考

結語

通過機上排查和試驗復現分析，被試系統工作原理分析，以及空中實際操作比對，確定意外投棄吊艙的原因是外掛投棄控制面板導線電流過大導致導線燒蝕短路，而造成導線燒蝕短路的原因是設計更改造成了外掛投棄控制板內隔離措施失效，“正常供電”線路與“應急供電”線路間存在潛在回路，在機上不關閉吊艙、顯控等設備用電，而直接關閉正常供電總電門的情況下，回路線路產生過大電流，從而導致導線燒蝕。

思考

a）被試產品設計的安全性和可靠性有待加強，裝機前應充分考慮各種試飛使用環境和條件，提高設計的安全性和可靠性。

b）加強與廠所對試飛需求的溝通和協調，明確設計需求，充分進行地面驗證，保證成品的技術狀態，減少成品故障對試飛的影響。