某型飛機液壓系統電動泵機上功能試驗故障分析

單文娟++聞捷

摘 要：系統機上功能試驗的有效開展在飛機研制過程中具有重要的意義。針對某型飛機液壓系統功能試驗中RAT發電條件下3#系統備用泵搶電故障，從設計方面（3#電動泵控制邏輯）及設計驗證方面（試驗程序問題、設備問題等）對故障原因進行了定位分析。研究發現，故障為試驗程序中蓄壓器壓力設置不合理所致。最后對程序提出了改進方案，并通過機上驗證確認故障排除，提高了功能試驗驗證的可靠性。

關鍵詞：液壓系統 功能試驗 控制邏輯 改進方案

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）02（a）-0009-02

Abstract： The effective implementation of the On Aircraft Test Procedure （OATP） is meaningful during the design and manufacturing process. For the fault that the 3# hydraulic backup pump inhibiting the main pump starting up， reason in the design and the design verification aspect was analyzed respectively. The results indict that the control logic is correct， and the fault is resulted by the irrational pressure of the accumulation during OATP. At last， an optimized proposal was put forward and was verified on the aircraft， which improved the reliability of OATP.

Key Words： Hydraulic system； OATP； Control logic； Optimum proposal

在飛機研制過程中，為保證飛機試飛的安全性，在試飛前需在地面對系統進行最后的綜合試驗——機上功能試驗（OATP），用于對系統進行一系列功能檢查[1-3]。在某型飛機液壓系統驗證RAT條件下3#系統電動泵自動控制功能的OATP中，出現主泵啟動后備用泵啟動，而后抑制主泵啟動的故障現象，使得主泵無法工作，與主泵工作的設計預期不符。這一故障帶來的嚴重后果是：RAT發電條件下若飛機實際運行中備用泵啟動后發生失效，主泵將不能啟動，從而使3#液壓系統完全失去能源，對液壓系統性能和功能造成直接的威脅，因此找出導致故障發生的原因非常重要。

該文針對某型民用飛機液壓系統OATP程序中RAT發電條件下3#系統備用泵搶電故障，從設計方面（3#電動泵自動控制邏輯）及設計驗證方面（OATP試驗程序問題、線路問題等）分別進行了分析。研究發現，3#系統電動泵自動控制邏輯設計正確合理，故障為試驗程序問題所致，因此對OATP程序提出了改進方案，提高了OATP程序開展的有效性。

1 液壓系統概述

民用飛機的液壓系統一般由3套獨立的系統組成，每個系統包含2臺液壓泵（主泵、備用泵各一臺）、蓄壓器、自增壓油箱等設備及管路系統[4，5]。某民用飛機3#液壓能源系統設有兩臺電動泵，分別記為ACMP3A、ACMP3B。液壓控制系統利用液壓邏輯控制盒（HCLE），通過對相關信號的邏輯計算來實現3#系統兩臺泵的自動運行，保證ACMP3A、ACMP3B分別在單、雙日作為3#系統主泵為液壓用戶供壓。ACMP3A/3B由三相重要交流匯流條（AC Essential（3 phase））供電，保證在電源應急構型（左/右發電機及APU發電機均失效）時，由沖壓空氣渦輪（RAT）發電機供電。

2 故障現象及分析

某民用飛機液壓系統在進行OATP試驗，對電源應急構型狀態RAT發電情況下3#系統電動泵自動功能進行驗證時，發生主泵首先啟動隨后停止，備用泵啟動的現象。現場對故障進行了復現。該故障出現的原因可能是設計方面（ACMP3A/3B控制邏輯）的問題或設計驗證方面（OATP程序、線路或設備）的問題。下文將分別從這兩方面對故障原因進行分析定位。

2.1 設計方面分析

為判定該故障是否為設計方面存在問題所致，需對3#系統電動泵自動控制邏輯進行詳細的分析。電動泵控制邏輯運算由HCLE完成，其中備用泵的控制邏輯中HCLE接收的信號共計7個，包括空/地信號、RAT是否發電、主泵壓力高/低等。為實現主/備用泵的運行模式，備用泵的控制邏輯運算中，除需判斷飛行狀態、RAT是否發電等信號外，還需對主泵壓力高低進行判斷：若主泵壓力低，則備用泵邏輯判斷主泵失效，并立即啟動備用泵。由于在RAT發電前主、備用泵均停止，此時主泵壓力一定為低。為避免RAT發電后的瞬間備用泵邏輯誤以為主泵已經失效，在設置備用泵邏輯時，在其邏輯中對“RAT發電”信號采用了t1延時，即RAT發電后t1內備用泵邏輯仍判斷為RAT未發電（“RAT未發電”信號為0），使得備用泵邏輯最終輸出為0，以保證主泵有t1的時間啟動。進一步研究發現，t1內主泵能否啟動至高壓將直接影響兩臺泵的工作狀態。

現根據主泵啟動至高壓的時間t2與t1的關系，對邏輯分為兩種工況進行分析。結果表明，邏輯可以保證：若主泵啟動至高壓的時間t2小于t1，主泵就可以保持運行的狀態，不會發生備用泵搶電的故障。

在實際飛行中，查閱該飛機液壓系統的設計文件和試驗報告可知，RAT發電情況下，主泵啟動至高壓的時間t2較短，小于前文分析中提到的t1，因此這一過程中備用泵邏輯信號保持為0，不會發生備用泵啟動抑制主泵工作的現象。因此可以推斷，電動泵控制邏輯正確，故障非設計方面的原因所致。

2.2 設計驗證方面分析

為判定該故障是否為設計驗證方面的原因所致，現場排故時對3#系統的線路及設備進行了檢查，經確認均無故障；而對OATP試驗程序分析時，初步判定程序本身存在問題，即試驗中蓄壓器狀態與真實情況中不一致，并導致電動泵啟動時間t2不同（具體情況如表1所示）。下文結合圖1，對兩種工況中蓄壓器壓力不同導致電動泵運行差異的原因進行簡單分析。

真實飛行中，電動泵正常工作時為液壓用戶提供壓力的同時，也對蓄壓器進行增壓，保證蓄壓器壓力與系統壓力p1相同；當飛機突然進入電源應急構型電動泵停止運行時，由于蓄壓器內壓力p1大于優先閥的開啟壓力p2，使得蓄壓器能夠及時為系統增壓。在RAT發電后主泵重新啟動期間，當主泵壓力未達到蓄壓器當前壓力時，主泵壓力濾上的單向閥始終保持閉合狀態，主泵不需對系統和蓄壓器供壓，從而使得主泵啟動至高壓的時間較短。

試驗中，蓄壓器預充壓，在試驗溫度下，充壓壓力僅為p3左右，小于優先閥的開啟壓力p2，即在主泵重新啟動期間，蓄壓器不能為系統增壓，主泵壓力濾上的單向閥始終保持打開狀態，導致電動泵在啟動期間需對系統和蓄壓器進行充壓，重新啟動時間t2相對較長，當啟動時間t2大于t1時，即出現了主泵首先啟動但未在規定時間內啟動至高壓而導致備用泵啟動的故障現象。

2.3 故障原因小結

綜上，OATP中備用泵搶電故障是由于試驗中蓄壓器壓力設置與真實飛行條件不一致所致。下文將對故障現有處置方案進行分析，并提出優化處置方案。

3 故障處置方案及優化方案分析

3.1 現有方案

現場在對該故障進行處理時，采取的措施是在設置試驗條件時，人工將主泵壓力置于高位，即人工將輸入信號“主泵壓力低”信號設置為0，使得備用泵的控制邏輯始終為0。該措施實現了主泵啟動并保持運行的目的，但導致電動泵的啟動并非由邏輯控制，而是人工操控，違背了OATP程序對電動泵自動功能檢查的目的。

3.2 優化方案

根據前文分析得出的故障原因，現對處置意見提出優化方案，即優化OATP程序，以保證試驗中蓄壓器壓力與飛機真實條件一致。

優化方案采取的措施是：在RAT發電前，利用外電源啟動機上電動泵，并對系統和蓄壓器增壓至p1，然后斷外電源，斷外電源后需在蓄壓器保壓時間內迅速利用地面液壓馬達啟動RAT，最后進行電動泵自動功能的檢查。優化方案保證了試驗中蓄壓器的壓力與真實情況相近，并在機上得到了驗證，使得備用泵搶電故障得以解決。

4 結論

該文主要針對某型飛機液壓系統進行功能試驗時，電源應急供電情況下發生的3#系統備用泵搶電啟動故障進行了分析，得到的結論簡單概括如下。

（1）電動泵控制邏輯正確合理，故障是由于功能試驗程序存在問題所致。

（2）故障采取的工程處置措施存在人工操控邏輯的缺點，該文提出優化方案，使得試驗程序與真實情況保持一致，并在機上得到驗證，提高了功能試驗驗證的可靠性。

該文為民用飛機功能試驗故障的排除提供了一定的思路，具有一定參考價值。

參考文獻

[1] 《飛機設計手冊》總編委會.飛機設計手冊第12冊[M]. 北京：航空工業出版社，2003.

[2] 中國民用航空局.CCAR 25，中國民用航空規章第25部：運輸類飛機適航標準[S].2011.

[3] 孟慶堂，周昌明，董操.某型客機液壓系統機上功能試驗故障分析及排除[J].民用飛機設計與研究，2012（12）：159-165.

[4] 王海濤.飛機液壓元件與系統[M].北京：國防工業出版社， 2012.

[5] 張利平.液壓傳動與控制[M].西安：西北工業大學出版社，2008.