飛機發(fā)動機起動系統(tǒng)在線檢查儀的研制

戰(zhàn)祥新，郝世勇，于春風(fēng)

（海軍航空工程學(xué)院 青島校區(qū)，山東 青島 266041）

發(fā)動機轉(zhuǎn)子由靜止?fàn)顟B(tài)加速到慢車轉(zhuǎn)速的過程稱為起動過程。飛機發(fā)動機起動系統(tǒng)是由起動機把發(fā)動機轉(zhuǎn)子（或曲軸）從靜止?fàn)顟B(tài)加速到獨立工作轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)，它是由機械、電氣、燃油等組成的復(fù)雜控制體系，但主要部分還是機械和電氣兩大部分。通過調(diào)查分析，由于電氣系統(tǒng)出現(xiàn)問題導(dǎo)致起動失敗的比例比較高，可以說是發(fā)動機起動失敗的一個主要原因。因此，起動系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，一般首先進行電氣故障的查找和排除，但由于電氣附件比較多、控制關(guān)系復(fù)雜、與機械結(jié)構(gòu)交合等特點，排除相對困難[1]。

飛機列裝部隊初期，發(fā)動機起動系統(tǒng)性能相對穩(wěn)定，隨著飛機服役期的增長，內(nèi)部線路老化、觸點積碳嚴(yán)重、定時不準(zhǔn)確以及繼電器工作不可靠等現(xiàn)象逐漸出現(xiàn)，且日趨嚴(yán)重。必然要求提高部隊的維護水平，加強質(zhì)量控制與管理、提高外場與修理廠的檢測、監(jiān)控及維修的水平等，做到提前發(fā)現(xiàn)問題、提前排除隱患。因此應(yīng)著重加強部隊的檢測手段和方法的建設(shè)，提高技術(shù)人員故障分析能力和排除能力，做到快速修理、快速恢復(fù)。

1 發(fā)動機起動系統(tǒng)存在的主要問題

相比較飛機其他系統(tǒng)而言，發(fā)動機起動系統(tǒng)出現(xiàn)故障具有以下特點：一是直接觀察的故障現(xiàn)象比較少，集中表現(xiàn)在不能起動或中途停車；二是機上相關(guān)儀表及信號燈較少、顯示時間短、不易觀察；三是從原理分析誘發(fā)故障因素多達20余個，很難通過串換件方法判斷故障點。因而發(fā)動機起動系統(tǒng)排故是部隊維護過程中最難完成的工作之一。排故時，如果缺乏有效的檢測手段而造成故障難以定位，將嚴(yán)重影響飛機正常狀態(tài)的恢復(fù)。

比如，發(fā)動機起動系統(tǒng)最關(guān)鍵的部件之一—起動箱，飛機列裝部隊早期，發(fā)動機起動系統(tǒng)性能比較穩(wěn)定，盡管起動箱未列入定檢工作，也基本不影響起動系統(tǒng)的正常工作，但隨著飛機服役期的增長，由于大修時不更換新件，也沒有壽命控制，起動箱的老舊問題日益突出，頻繁出現(xiàn)各類故障。嚴(yán)重影響了發(fā)動機起動系統(tǒng)的正常工作。因此起動箱應(yīng)盡快列入部隊修理廠的定檢工作項目以保證其狀態(tài)的完好性。

圖1 靜態(tài)測試接線原理圖Fig.1 Wiring schematic diagram of static test

裝機前檢查特別是對故障多發(fā)性、危險性關(guān)鍵部件的檢查是提高飛機可靠性，保障安全飛行的重要手段。因此，研制飛機發(fā)動機起動系統(tǒng)的綜合在線檢查儀，出現(xiàn)故障后，能夠快速分析并排除故障，保障飛機完好率和戰(zhàn)斗力。在進行重大任務(wù)前檢查工作中，原位檢測起動箱的各項參數(shù)和性能指標(biāo)，檢查相關(guān)起動附件的電阻和通斷情況，以保障完成重大任務(wù)的可靠性。在多發(fā)性、危險性故障預(yù)防工作中，原位檢驗起動箱的各項參數(shù)和性能指標(biāo)，檢查相關(guān)起動附件的電阻和通斷情況，以查找故障隱患。

2 檢查儀測試原理設(shè)計

根據(jù)發(fā)動機起動系統(tǒng)的工作特點，將檢查儀分為靜態(tài)測試和動態(tài)測試兩種工作狀態(tài)[2]。

2.1 靜態(tài)測試方法設(shè)計

靜態(tài)測試指的是在發(fā)動機不工作的情況下進行的測試，測試連接框圖見圖1所示。利用檢查儀配套的靜態(tài)測試電纜將被測設(shè)備的接口和檢查儀靜態(tài)測試接口進行連接，可根據(jù)測試要求進行測試項目的選擇。靜態(tài)測試時只能選擇單發(fā)進行測試。

2.2 動態(tài)測試方法設(shè)計

動態(tài)測試指的是在發(fā)動機起動試車時進行的測試，測試連接框圖見圖2所示。利用檢查儀配套的動態(tài)測試電纜將被測設(shè)備的接口和檢查儀動態(tài)測試接口進行連接。動態(tài)測試時也只能選擇單發(fā)進行測試。

圖2 動態(tài)測試接線原理圖Fig.2 Wiring schematic diagram of dynamic test

3 檢查儀的軟、硬件組成設(shè)計

檢查儀由硬件電路和PLC軟件組成。

3.1 硬件電路組成

檢查儀要完成發(fā)動機起動系統(tǒng)的全面檢測，硬件電路比較復(fù)雜，由供電電路、檢測電路、控制處理電路等部分組成。采用模塊化設(shè)計思路，共由15個模塊電路組成[3-6]，如圖3所示。

1）電源極性判別及保護電路。當(dāng)直流電源極性不符合要求時，能夠自動判斷并切斷檢查儀的供電路徑；并具有短路保護、過流保護、過壓保護等功能。

2）多路DC/DC轉(zhuǎn)換電路。由于檢查儀內(nèi)部構(gòu)成復(fù)雜，要求供電電壓穩(wěn)定且種類較多，通過多路DC/DC轉(zhuǎn)換電路可將外部的單一供電轉(zhuǎn)換成多種電壓的穩(wěn)壓供電，滿足內(nèi)部器件需求。

圖3 檢查儀電路組成框圖Fig.3 Composition block diagram of the tester’s circuit

3）測量及控制綜合電路。此電路的主要功能有：一是將外部檢測接口輸入的各項信號進行整理、變換并送至PLC及各儀表處；二是接受測控指令，進行相關(guān)測控電路的接通、斷開和轉(zhuǎn)換。

4）檢查接口電路。在動靜態(tài)測量時，把發(fā)動機起動系統(tǒng)的各種開關(guān)信號和模擬信號進行變換和傳送。

5）儀器自檢電路。由PLC控制完成檢查儀的自檢功能。

6）計量/外測電路。設(shè)置通用的儀器計量接口，并實現(xiàn)通用儀器的對外獨立測量功能。

7）工作狀態(tài)判斷電路。主要由多個信號燈構(gòu)成，顯示測量狀態(tài)和儀器工作狀態(tài)。

8）微電阻表，測量線路電阻、電機線圈電阻或開關(guān)接觸電阻；絕緣電阻表，用來測量電機或其他電器設(shè)備的絕緣電阻；電壓表，用來測量直流電壓；電流表，測量直流電流。

9）PLC工業(yè)控制系統(tǒng)，檢查儀的測控核心，完成測試指令輸入、時間測量、轉(zhuǎn)速測量、時間控制關(guān)系的檢測、轉(zhuǎn)速控制關(guān)系的檢測、歷史紀(jì)錄、綜合分析及顯示。

10）觸控顯示屏。指令輸入、綜合顯示。

研制完成的檢查儀前面板如圖4所示。

圖4 檢查儀前面板圖Fig.4 Front panel of the tester

3.2 軟件設(shè)計

檢查儀軟件主要是針對PLC控制器和觸控屏的控制設(shè)計。充分利用PLC控制器的特點，將歷史經(jīng)驗數(shù)據(jù)、使用說明等資料存儲于PLC的存儲器中，可幫助操作者脫離紙質(zhì)說明書，完全依據(jù)觸控屏上的顯示信息操作即可實現(xiàn)對被測對象的性能檢測工作，并提供排故輔助信息等。

系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為PLC的程序設(shè)計和觸摸屏的程序設(shè)計。PLC選用OMRON的CP1E型，編程軟件為Programer7.1，Programer7.1編程軟件具有使用簡單、功能強大、方便控制系統(tǒng)調(diào)試與故障診斷等特點，更重要的是能夠在線監(jiān)控和在線編程。Programer7.1軟件提供了梯形圖和語句表兩種編程方式。本測試系統(tǒng)使用梯形圖編程方式。梯形圖編程程序的可讀性強，而且可以寫入注釋，編程簡單方便。觸摸屏選用威綸7寸彩色液晶屏，編程軟件為EasyBuilder8000 2.0.0。

系統(tǒng)的軟件總體設(shè)計如圖5所示。

本裝置采取測量各點電位的方式判斷電氣線路的通斷性能，采用加負載的方式判斷電氣線路的導(dǎo)電性能。

圖5 軟件總體結(jié)構(gòu)設(shè)計Fig.5 Overall structural design of the tester’s software

例如，雙發(fā)起動準(zhǔn)備工作完成后，點擊“準(zhǔn)備工作完成”按鍵，進入“雙發(fā)起動”，進行“起動系統(tǒng)電氣線路檢測”的主畫面如圖6所示。

圖6 雙發(fā)起動的檢測主畫面Fig.6 Major detecting picture of twin-engine starting

當(dāng)飛機上的“起動”按鈕按下時，系統(tǒng)啟動計時器，檢測過程開始。

“檢測進度”顯示的是起動箱的工作時間；

“檢測結(jié)果”顯示的是各被測對象的總的檢測結(jié)果，如果要查看詳細的電氣線路的檢測結(jié)果，點擊“查看詳情”按鍵，進入詳細數(shù)據(jù)畫面，可查看每個檢測設(shè)備的詳細檢測數(shù)據(jù)。

如果被測對象出現(xiàn)故障，點擊“輔助排故”按鍵，進入輔助排故界面，提供排故指導(dǎo)信息，輔助檢測人員快速排除系統(tǒng)故障。

4 結(jié)束語

本檢查儀能夠原位在線檢測與起動箱相關(guān)的各條電氣線路的電壓、電流、通斷及轉(zhuǎn)換時間，并具有數(shù)據(jù)存儲記錄功能，便于后續(xù)研究和分析，以支持快速排故工作；在外場不離位的情況下，檢驗起動箱的各項參數(shù)和性能指標(biāo)，檢查相關(guān)部附件的電阻、通斷情況，完成起動系統(tǒng)關(guān)鍵件的定檢校驗工作，實現(xiàn)起動系統(tǒng)關(guān)鍵件裝機前檢查和多發(fā)性、危險性故障預(yù)防工作。本檢查儀的應(yīng)用，實現(xiàn)了發(fā)動機起動系統(tǒng)快速排故、關(guān)鍵件（起動箱）檢查校驗和部附件靜態(tài)檢測，能夠拓寬部隊的維護深度，提升排故、檢查和修理能力，進而提高飛機發(fā)動機起動系統(tǒng)的可靠性，保障了飛機訓(xùn)練及作戰(zhàn)任務(wù)的完成。

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