某型飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)調(diào)節(jié)活門故障分析

葛俊　樂婷　宋冬

【摘 要】環(huán)控系統(tǒng)保障飛行員及電子設(shè)備的工作環(huán)境，出現(xiàn)故障將會(huì)影響飛行安全。針對(duì)某型飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)調(diào)節(jié)活門故障，分析其工作原理，排查其故障原因，并對(duì)故障原件——微動(dòng)開關(guān)進(jìn)行深入分析，并提出改進(jìn)措施，為同類型產(chǎn)品維修工作提供參考及借鑒。

【關(guān)鍵詞】環(huán)控系統(tǒng);調(diào)節(jié)活門;微動(dòng)開關(guān);故障

中圖分類號(hào)： V245.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）29-0024-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.29.010

在飛行過程中，飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)向座艙輸入一定壓力、溫度的新鮮空氣，滿足飛行員的生理需求，同時(shí)防止飛機(jī)擋風(fēng)玻璃凝結(jié)水汽。同時(shí)，環(huán)控系統(tǒng)冷卻設(shè)備艙，保證電子設(shè)備的正常工作。某型飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)自高壓壓氣機(jī)第七級(jí)引氣，高溫高壓引氣分為“冷路”和“熱路”兩條流路，“熱路”空氣經(jīng)過調(diào)節(jié)活門后與“冷路”空氣匯合，輸送到飛機(jī)座艙中，并使座艙溫度自動(dòng)保持在15～25℃。調(diào)節(jié)活門通過電動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械活門，調(diào)節(jié)熱空氣的流量，從而保證座艙溫度滿足要求。

由于調(diào)節(jié)活門工作環(huán)境溫度較高，在飛機(jī)外場工作過程中，經(jīng)常出現(xiàn)調(diào)節(jié)活門故障，影響飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)的正常工作，甚至危及飛行設(shè)備乃至飛行人員的安全。因此，針對(duì)該型飛機(jī)出現(xiàn)的調(diào)節(jié)活門，本文對(duì)故障現(xiàn)象進(jìn)行深入分析，并提出排故措施，為環(huán)控系統(tǒng)排故提供參考。

1 故障現(xiàn)象描述

某型飛機(jī)在外場地面開車過程中，環(huán)控系統(tǒng)工作出現(xiàn)故障。改變調(diào)節(jié)活門的活門開度以調(diào)節(jié)進(jìn)入座艙的熱空氣流量時(shí)，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)活門極限位置指示燈無法正常工作，活門關(guān)閉位置處指示燈始終未亮。在外場初步判斷調(diào)節(jié)活門發(fā)生了卡滯現(xiàn)象，因此更換調(diào)節(jié)活門并將其故障件返回公司修理。

2 調(diào)節(jié)活門工作原理

調(diào)節(jié)活門由機(jī)械活門與調(diào)節(jié)電機(jī)組成，其原理圖如圖1所示，圖中零件5為電機(jī)，零件11為球形閥門。電機(jī)輸出軸與球形閥門嚙合，帶動(dòng)球形閥門轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)節(jié)活門工作時(shí)，按照溫度調(diào)節(jié)規(guī)律向電機(jī)提供電操縱信號(hào)，電機(jī)輸出軸從而向右或向左旋轉(zhuǎn)并轉(zhuǎn)動(dòng)球形閥門，以減小或增大機(jī)械部分熱空氣流道的面積，從而改變進(jìn)入飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)熱空氣的流量。

3 故障排查

根據(jù)調(diào)節(jié)活門工作原理，編制調(diào)節(jié)活門故障樹如圖2所示，引起調(diào)節(jié)活門卡滯、極限位置指示燈未亮的原因可能有以下幾種情況。

圖1 調(diào)節(jié)活門原理圖

圖2 調(diào)節(jié)活門故障樹

1）機(jī)械故障：機(jī)械部分球形閥門旋轉(zhuǎn)過程中與殼體之間的摩擦阻力過大，球形閥門在某一位置發(fā)生卡滯，導(dǎo)致極限位置指示燈不亮。

2）電機(jī)故障：由于碳刷、轉(zhuǎn)子或機(jī)械傳動(dòng)部分出現(xiàn)故障導(dǎo)致直流電機(jī)無法正常工作，從而導(dǎo)致指示燈工作失常。

3）電器故障：電機(jī)電路上導(dǎo)線、插頭或微動(dòng)開關(guān)等故障，導(dǎo)致指示器所在線路無法形成通路，導(dǎo)致故障發(fā)生。

圖3 調(diào)節(jié)活門卡滯故障排查流程

調(diào)節(jié)活門故障件返回公司后，檢查球形閥門處于中間位置，按照圖3排查流程進(jìn)行故障排查。

將調(diào)節(jié)活門插頭連接控制試驗(yàn)箱，線路順利接通，并可以施加“左轉(zhuǎn)”、“右轉(zhuǎn)”指示信號(hào)，排除插頭故障。

線路接通后，向調(diào)節(jié)活門施加“左轉(zhuǎn)”、“右轉(zhuǎn)”信號(hào)，電機(jī)正常旋轉(zhuǎn)，排除電機(jī)故障。

調(diào)節(jié)活門運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，球形閥門運(yùn)轉(zhuǎn)靈活無卡滯，排除活門機(jī)械故障。

當(dāng)向調(diào)節(jié)活門施加“左轉(zhuǎn)”信號(hào)，使其向“開”的方向工作，到達(dá)極限位置處，“打開”指示燈點(diǎn)亮;再向活門施加“右轉(zhuǎn)”信號(hào)球形閥門關(guān)閉時(shí)，到達(dá)極限位置處，電機(jī)停止工作，觀察球形閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，但未能點(diǎn)亮“關(guān)閉”指示燈。因此將產(chǎn)品故障點(diǎn)定位在“關(guān)”指示燈所在的電機(jī)線路中，回路中導(dǎo)線或微動(dòng)開關(guān)接觸不良或斷路，從而導(dǎo)致故障現(xiàn)象的發(fā)生。考慮到導(dǎo)線斷路難以定位，在排故過程中更換了關(guān)閉位置處的微動(dòng)開關(guān)，重新運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)活門，活門運(yùn)轉(zhuǎn)正常，“打開”、“關(guān)閉”位置處指示燈均能正常點(diǎn)亮，故障排除。

4 故障原因分析

從調(diào)節(jié)活門原理及實(shí)驗(yàn)情況分析，故障點(diǎn)基本定位在微動(dòng)開關(guān)上。為了進(jìn)一步查找微動(dòng)開關(guān)的故障原因，對(duì)微動(dòng)開關(guān)工作原理進(jìn)行分析，并繼續(xù)對(duì)微動(dòng)開關(guān)進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

4.1 工作原理

調(diào)節(jié)活門依靠電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)工作，通過凸輪將外部機(jī)械力作用于開關(guān)柱塞上，從而壓縮簧片使之運(yùn)動(dòng)使得動(dòng)觸點(diǎn)與定觸點(diǎn)快速接觸或脫離。如圖4所示，為調(diào)節(jié)活門上微動(dòng)開關(guān)原理圖，當(dāng)球形閥門運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)，在凸輪施加的動(dòng)作力作用下，開關(guān)柱塞向下運(yùn)動(dòng)，壓縮簧片使微動(dòng)開關(guān)動(dòng)觸點(diǎn)與定觸點(diǎn)2、3快速接觸，接通指示器所在回路;撤去作用力后，簧片上產(chǎn)生反向的釋放力，在釋放力的作用下開關(guān)柱塞回歸原位，微動(dòng)開關(guān)回歸自由狀態(tài)，接通微動(dòng)開關(guān)1、4觸點(diǎn)，指示燈熄滅，電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

圖4 微動(dòng)開關(guān)原理圖

4.2 性能測試

圖5 微動(dòng)開關(guān)主要性能參數(shù)

圖5所示為微動(dòng)開關(guān)主要性能參數(shù)示意圖，拆下調(diào)節(jié)活門的微動(dòng)開關(guān)后，采用專業(yè)千分尺測試分別測量樣件的預(yù)行程、超行程、差動(dòng)行程，采用測力計(jì)測試產(chǎn)品作動(dòng)力和釋放力，測量結(jié)果如表1所示，樣件的測量結(jié)果在技術(shù)要求范圍之內(nèi)。

表1 微動(dòng)開關(guān)樣件測試數(shù)據(jù)

拆下微動(dòng)開關(guān)并標(biāo)記開、關(guān)位置，用直流低電阻測試儀測量產(chǎn)品的接觸電阻。分別對(duì)故障產(chǎn)品和新品進(jìn)行20次對(duì)比測量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

對(duì)于此微動(dòng)開關(guān)，正常工作時(shí)接觸電阻要 求不大于50。從表2測量結(jié)果中可以看出，在20次測量過程中，故障件樣品有8次發(fā)生瞬時(shí)電阻超差現(xiàn)象，而穩(wěn)定電阻均在要求范圍之內(nèi)。因此，本文判斷微動(dòng)開關(guān)故障點(diǎn)在接觸點(diǎn)處，從而導(dǎo)致瞬時(shí)接觸電阻超差，并繼續(xù)對(duì)微動(dòng)開關(guān)分解檢查。

4.3 分解檢查

對(duì)微動(dòng)開關(guān)進(jìn)一步分解，檢查內(nèi)部結(jié)構(gòu)，彈簧、凸塊未發(fā)現(xiàn)明顯的異物、污染情況，但由于微動(dòng)開關(guān)依靠電弧工作，在觸點(diǎn)處有明顯的積碳現(xiàn)象，分別如圖6、圖7所示。

圖6 微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)積碳

圖7 微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)積碳情況（右側(cè)觸點(diǎn)）

由于微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)積碳，使得微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)接觸面凹凸不平，只有少數(shù)接觸點(diǎn)與簧片形成真正的接觸，電流流經(jīng)開關(guān)時(shí)導(dǎo)流截面變小，收縮電阻增大，從而導(dǎo)致微動(dòng)開關(guān)瞬時(shí)接觸電阻增大。當(dāng)調(diào)節(jié)活門旋轉(zhuǎn)到關(guān)閉位置時(shí)，由于微動(dòng)開關(guān)觸點(diǎn)存在積碳，接觸不良，不能輸出正確的關(guān)閉信號(hào)給飛機(jī)座艙，導(dǎo)致座艙內(nèi)指示燈未能點(diǎn)亮，故飛行員判定調(diào)節(jié)活門處于卡滯狀態(tài)。

5 改進(jìn)措施

當(dāng)前條件下，修理調(diào)節(jié)活門時(shí)，僅要求檢查微動(dòng)開關(guān)的外觀是否有裂紋，檢測接通時(shí)接觸電阻不大于50（且未考慮瞬時(shí)接觸電阻超差的情況）。而在微動(dòng)開關(guān)工作過程中，隨著工作次數(shù)的增加，觸點(diǎn)在電弧作用下極易積碳，導(dǎo)致回路接觸不良從而故障頻發(fā)，但修理過程中未對(duì)微動(dòng)開關(guān)拆解檢查觸點(diǎn)積碳情況。相較于深修而言，該型微動(dòng)開關(guān)采購單價(jià)較低，因此建議在調(diào)節(jié)活門大修過程中將微動(dòng)開關(guān)列為必?fù)Q件，從而降低故障率。

6 結(jié)論

通過分析調(diào)節(jié)活門的工作原理，準(zhǔn)確定位了故障點(diǎn)，并對(duì)故障元件微動(dòng)開關(guān)進(jìn)一步深入剖析，確定觸點(diǎn)積碳是導(dǎo)致調(diào)節(jié)活門指示燈不能正常工作的根本原因。考慮到微動(dòng)開關(guān)價(jià)值低、深修意義不大，提出了在大修過程中更換微動(dòng)開關(guān)的建議，有助于降低調(diào)節(jié)活門的故障率，保障了飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)的安全工作。

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