基于故障樹的尾翼除冰控制器故障淺析

田珍 吳楊 王海強

摘 要： 針對某型飛機在通電檢查過程中出現尾翼除冰系統無法正常執行功能的情況，在機上排查了故障現象，基于故障分析法分析了故障原因，得到準確的故障定位，解決成品故障，有效保障了飛機生產安全和質量。

關鍵詞： 尾翼除冰；控制器；故障

1.引言

在飛行過程中隨著飛行高度的升高，飛機外部濕度逐步增大，溫度逐漸降低，在一定范圍內會達到冰點以下，此時會導致飛機外部產生結冰現象，其中在機翼和尾翼上產生的結冰會增加翼面空氣流動的摩擦力，阻礙空氣的流動，減小飛機升力，從而將嚴重影響飛機安全飛行。據統計，1967-2015年間，全球因飛機結冰而導致的重大飛行安全事故占總飛行事故的14.9%，可見防除冰系統對于飛機安全飛行具有極其重要的作用。某型機通電檢查過程中，在模擬結冰狀態下進行左右側結冰功能切換時發現其無法實現位置切換，鑒于防除冰系統的極端重要性，有必要仔細研究故障的產生機理及有效的解決辦法。

2.故障現象

某型機通電檢查過程中發現，尾翼除冰控制器在進行模擬工作時不能正常切換，光耦非正常工作能夠導致產品左右切換信號不正常，從而造成CPLD可編程邏輯器件以及DSP數字信號處理器的錯誤判斷，使得配電盒不正常切換。按照系統工作原理，可以得出其故障樹如圖1所示。

3.故障分析

故障樹中引起該故障的模式有5種：A：除冰控制器故障B：配電盒故障C：電加溫組件故障D：外部故障E：軟件故障。

引起A故障的模式有4種：F：監測電路故障，X1：接口電路故障，G：通訊故障，X2：除冰啟動信號異常。其中F對應兩種故障模式：X11：短路監測電路故障，X12：缺相監測電路故障；G對應兩種故障模式：X13：CAN通訊故障，X14：429通訊故障。

引起B故障的模式有3種：H：傳感器電路故障，X3：配電盒主開關故障，X4：配電盒區域開關故障，其中H對應兩種故障模式：X15：短路傳感器故障，X16：缺相傳感器故障。

引起C故障的模式有2種：X5：加溫組件短路或開路，X6：加溫組件局部電阻變大。

引起D故障的模式有2種：X7：連接電纜故障，X8：供電電源故障。

引起E故障的模式有2種：X9：軟件邏輯缺陷，X10：軟件編碼錯誤。

在排故過程中，更換配電盒以后系統性能正常，因此，可以排除B、C、D、E故障模式，故障可定位為A故障模式。

配電盒返回試驗室檢測發現其切換功能一直無觸發信號，進一步檢查后發現輸入隔離光耦無輸出，隨后將光耦返回承制廠進行測試分析，根據質檢結論，發現光耦第4、5、6通道輸入端發光芯片鍵合絲已斷裂，明顯存在輸入端大電流燒毀痕跡。而與其相連的分系統中另一只控制器的1、2、3通道輸出端并未損壞（輸出端有限流電阻3K），因此大電流信號不會是由于切換接口電路導通而出現的，造成大電流輸入的故障只有在Backup1、Switch1、Master1信號與28VGND信號之間存在較大電勢差（正向過電壓信號或反向過電壓信號）的情形下出現，如圖2所示。

光耦輸入端為發光二極管，在正向過電壓信號輸入時，二極管正向導通峰值電流應小于40mA，否則可能造成大電流損傷；在反向過電壓信號輸入時，二極管反向電壓耐受值為5V，當電壓值超過5V時，此時造成發光二極管被擊穿，瞬間阻值無限小，也能夠造成大電流損傷。

對兩臺除冰控制器進行測試，監測光耦輸入端，上電啟動時，發現其7腳、9腳、11腳均存在超過5V電壓值的反向電壓。該電壓信號為電源電路充電過程中產生。控制器上電以后，電容在瞬間充電，負電荷迅速向電容負端累積，使得28VGND信號端產生正向電壓，而光耦輸入端Backup1、Switch1、Master1引腳被濾波器電路電感阻斷，電勢無變化，從而在光耦輸入端出現反向電壓。當該電壓多次加載在光耦輸入端，能夠造成光耦輸入端被反向擊穿，由于光耦輸入端無限流電阻，導致其出現過流損傷的現象。

4.結論

根據分析可知，由于光耦過流導致產品左右切換信號不正常，從而造成CPLD可編程邏輯器件以及DSP數字信號處理器的錯誤判斷，使得配電盒不正常切換，對此，通過在光耦輸入端增加1k的限流電阻，實現對光耦的保護。改進后進行單臺除冰控制器測試，監控多次除冰啟動及通斷過程，產品無故障；將改進后的成品進行裝機測試，故障現象未復現，因此可以確定電路改進后有效避免了系統故障現象的再次發生，同時也提高了產品的可靠性和安全性。

參考文獻

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