DA42NG飛機(jī)電源系統(tǒng)原理概述和維護(hù)

張金慶

摘要：DA42NG飛機(jī)是奧地利鉆石飛機(jī)公司制造的一款操作簡(jiǎn)單、飛行安全、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的雙發(fā)飛機(jī)，其優(yōu)美的流線、優(yōu)雅的外觀博得了業(yè)界的好評(píng)，榮獲了“通航飛機(jī)中的寶馬”之美譽(yù)。DA42NG飛機(jī)自2010年6月8日于柏林成功首航后，很快以狂風(fēng)暴雨般的攻勢(shì)席卷了中國(guó)通航市場(chǎng)并成為了中國(guó)各航空院校中教機(jī)的主流機(jī)型，其安全性能、經(jīng)濟(jì)性能、適航性能得到了中國(guó)各飛行學(xué)院的好評(píng)。DA42NG飛機(jī)復(fù)合材料使用率極高，機(jī)身、機(jī)翼等主要結(jié)構(gòu)都采用CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastic）和GFRP（Glass Fiber Reinforced Plastic）材料，使得飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼結(jié)構(gòu)具有極高的強(qiáng)度和剛度、極強(qiáng)的耐腐蝕性和維護(hù)性，同時(shí)也大大減輕了飛機(jī)重量增強(qiáng)飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。然而，也正是由于復(fù)合材料的使用，復(fù)合材料和傳統(tǒng)的合金材料不同，不具備導(dǎo)電性，使得飛機(jī)電源系統(tǒng)也發(fā)生了系列的變化。

關(guān)鍵詞：電源系統(tǒng);原理;維護(hù)

引言

飛機(jī)電源系統(tǒng)是飛機(jī)上電能產(chǎn)生、調(diào)節(jié)、控制和電能轉(zhuǎn)換部分的總稱，并通過(guò)各匯流條將電能輸送給各用電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電能到其他能的轉(zhuǎn)換，由此可見(jiàn)電源系統(tǒng)的輸出功率很大程度上決定了飛機(jī)上選擇裝配的用電設(shè)備。目前市面上使用的DA42NG飛機(jī)的電源系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，一部分為正常的主電源系統(tǒng)，另一部分為單獨(dú)給空調(diào)系統(tǒng)供電的空調(diào)電源系統(tǒng)，兩個(gè)電源系統(tǒng)相互獨(dú)立，互不影響。由于空調(diào)電源系統(tǒng)只有選裝了空調(diào)系統(tǒng)的飛機(jī)才配備，本文僅對(duì)普遍適用于所有DA42NG飛機(jī)的主電源系統(tǒng)進(jìn)行研究。

一、系統(tǒng)組成

電源;發(fā)電機(jī);調(diào)壓器;電流傳感器;繼電器;搭鐵系統(tǒng)

二、系統(tǒng)原理

（一）電源

DA42NG飛機(jī)為24V直流電源系統(tǒng)，主要通過(guò)以下3種電源（主電源、備用電源、外部電源）為飛機(jī)電網(wǎng)提供電能：

①主電源

DA42NG飛機(jī)主電源系統(tǒng)采用兩臺(tái)同型號(hào)的直流發(fā)電機(jī)對(duì)左、右主匯流條單獨(dú)供電，并通過(guò)繼電器盒匯流條將左、右主匯流條連接起來(lái)，使左、右發(fā)電機(jī)互為余度防止單發(fā)電機(jī)失效時(shí)而導(dǎo)致相應(yīng)用電設(shè)備不能工作。

發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)通過(guò)一可自動(dòng)調(diào)節(jié)皮帶張力的V型皮帶輪組件驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)后切割磁感線產(chǎn)生額定電壓28V、額定電流70A的直流電，經(jīng)調(diào)壓器的調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓的大小后在不同的轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生穩(wěn)定的28V直流電。通過(guò)左調(diào)壓器感知左、右發(fā)電機(jī)輸出電流的大小來(lái)調(diào)節(jié)左發(fā)電機(jī)輸出電流，使其與右發(fā)電機(jī)輸出電流一致從而達(dá)到負(fù)載均衡的狀態(tài)。

②備用電源

DA42NG飛機(jī)的備用電源包括3種：主電瓶、應(yīng)急電池組、ECU備用電瓶。其中主電瓶是一個(gè)額定電壓約24V、容量13.6Ah（5h放電速率）的免維護(hù)鉛酸電瓶（VRLA蓄電池）用于給DA42NG飛機(jī)的用電設(shè)備供電，并在兩臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)失效時(shí)至少能給應(yīng)急設(shè)備供電30分鐘，保證飛機(jī)能安全著陸。應(yīng)急電池組由10節(jié)3V，1300mAh的鋰錳干電池組成，其額定電壓為30V、容量為13Ah，安裝于位于主駕駛的儀表板后方。當(dāng)發(fā)電機(jī)和主電瓶同時(shí)失效時(shí)，將應(yīng)急電源開(kāi)關(guān)置于ON位后，應(yīng)急電池組輸出30V直流電經(jīng)靜變器轉(zhuǎn)換為400V，115HZ的交流電為備用姿態(tài)儀和地板照明供電至少1小時(shí)30分鐘。ECU備用電池分為左ECU備用電池和右ECU備用電池，都是由兩個(gè)12V、7.2Ah的電池串聯(lián)而成，分別安裝在左乘客座椅地板下方（左ECU備用電池）和飛機(jī)垂直安定面下部蓋板內(nèi)（右ECU備用電池），用于飛行過(guò)程中當(dāng)主電源系統(tǒng)和主電瓶都失效時(shí)給ECU供電，防止因ECU供電中斷而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

③外部電源

當(dāng)飛機(jī)停留在地面時(shí)，需要對(duì)機(jī)進(jìn)行維護(hù)、啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)等作業(yè)時(shí)，可以使用外部電源以降低成本，減少機(jī)載電瓶的使用，避免過(guò)度使用機(jī)載電瓶而造成電容量不足而更換機(jī)載電瓶。DA42NG飛機(jī)的地面電源是由28V的直流電源車或固定電源連接位于機(jī)頭下方、前起落架前方的三針插頭（EPU）將外部電源輸送到飛機(jī)電網(wǎng)。

（二）DA42NG飛機(jī)復(fù)合材料的使用率很高，但復(fù)合材料結(jié)構(gòu)不導(dǎo)電

為了讓電源系統(tǒng)形成回路，DA42NG飛機(jī)采用一系列金屬管和金屬條構(gòu)成了飛機(jī)的搭鐵系統(tǒng)，并將飛機(jī)上所有的金屬部件以及天線接地板連接到搭鐵系統(tǒng)構(gòu)成了，如此一來(lái)整個(gè)飛機(jī)便同傳統(tǒng)的合金材料飛機(jī)一樣可以將“整個(gè)機(jī)身”看做是電路中“地”。

（三）調(diào)壓器

DA42NG飛機(jī)上裝有兩個(gè)調(diào)壓器，分別安裝于左、右發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)，用于感受左、右發(fā)電機(jī)輸出電壓的大小后輸出適當(dāng)?shù)膭?lì)磁電流使發(fā)電機(jī)輸出電壓為穩(wěn)定28V直流電;左調(diào)壓器還有額外的功能：接收左、右電流傳感器的信號(hào)，比較左、右發(fā)電機(jī)輸出電流后，調(diào)整左發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流大小使左發(fā)電機(jī)輸出匹配右發(fā)電機(jī)輸出，從而使整個(gè)電源系統(tǒng)負(fù)載均衡。

（四）電流傳感器

DA42NG飛機(jī)上一共安裝了4個(gè)相同型號(hào)的電流傳感器：其中2個(gè)電流傳感器安裝于左、右發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)，套在發(fā)電機(jī)輸出電源線上，用于感受發(fā)電機(jī)輸出電流大小傳輸給調(diào)壓器;另外2個(gè)電流傳感器為電流指示傳感器，安裝于座艙內(nèi)飛行員座椅下方，用于感受電源系統(tǒng)左、右發(fā)電機(jī)電流大小并傳送給GEA71用于座艙內(nèi)電流大小顯示。

（五）供電原理

DA42NG飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)是通過(guò)主電瓶或者外部電源作為啟動(dòng)電源。當(dāng)左發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，主電瓶電流經(jīng)電瓶繼電器（外部電瓶經(jīng)外部電源繼電器）進(jìn)入繼電器盒匯流條，再通過(guò)一個(gè)90A左電瓶斷路器進(jìn)入左主匯流條，再通過(guò)一個(gè)單向二極管進(jìn)入左ECU匯流條，接著流經(jīng)左發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)進(jìn)入左調(diào)壓器組件，左調(diào)壓器組件根據(jù)此時(shí)電壓值的大小產(chǎn)生適當(dāng)大小的勵(lì)磁電流輸入交流發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組（轉(zhuǎn)子）產(chǎn)生磁場(chǎng)，左發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)左交流發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，于是勵(lì)磁繞組便產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電樞繞組（定子）切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)產(chǎn)生交流電，交流電通過(guò)發(fā)電機(jī)內(nèi)部整流子后輸出直流電通過(guò)發(fā)電機(jī)繼電器進(jìn)入左主匯流條，左調(diào)壓器感受到左主匯流條的電壓值大小，調(diào)整勵(lì)磁電流的大小，使發(fā)電機(jī)輸出穩(wěn)定的28V左右的直流電。以此可類推右發(fā)電機(jī)的工作原理。左主匯流條通過(guò)繼電器盒匯流條經(jīng)一個(gè)90A右電瓶斷路器與右主匯流條相連，左、右發(fā)電機(jī)輸出電源線之后位于發(fā)動(dòng)機(jī)短艙內(nèi)各套有一個(gè)電流傳感器將感受到的發(fā)電機(jī)輸出電流同時(shí)傳送給左調(diào)壓器，左調(diào)壓器比較兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出電流的大小，通過(guò)調(diào)節(jié)左發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小使左發(fā)電機(jī)輸出匹配右發(fā)電機(jī)輸出，從而使整個(gè)電源系統(tǒng)負(fù)載均衡。

三、典型故障

自2018年3月某飛行學(xué)院將DA42NG飛機(jī)投入教學(xué)訓(xùn)練后，進(jìn)兩年的飛行訓(xùn)練過(guò)程中，DA42NG飛機(jī)電源系統(tǒng)常見(jiàn)故障主要包括：發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)故障（5起）、外接電源柱斷（3起）、接線片松動(dòng)（1起）。通過(guò)故障事件分析，可見(jiàn)DA42NG飛機(jī)電源系統(tǒng)主要部件（如發(fā)電機(jī)、調(diào)壓器、電流傳感器等）可靠性較高，發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)由于材質(zhì)、安裝位置等原因?qū)е鹿收下瘦^高、外接電源接線柱或許是由于安裝方式的原因容易脫落?，F(xiàn)就一起因電源系統(tǒng)某接線片安裝不牢造成飛機(jī)電源系統(tǒng)故障的典型案例及排故過(guò)程進(jìn)行研究：

2019年11月30日，某飛行學(xué)院DA42NG型飛機(jī)B-1XXC執(zhí)行本場(chǎng)飛行訓(xùn)練任務(wù)，飛機(jī)在巡航階段時(shí)，突然PFD右下方警告窗口顯示欄顯示黃色警戒信息“R ALT FAIL”（右交流發(fā)電機(jī)失效），MFD發(fā)動(dòng)機(jī)頁(yè)面顯示：左發(fā)電機(jī)電壓27.5V，電流22A，右發(fā)電機(jī)電壓27.1V，電流4A。機(jī)組通過(guò)復(fù)位發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)、復(fù)位各斷路器等方法均無(wú)法消除“R ALT FAIL”警戒信息，于是只得滑回機(jī)庫(kù)檢查，中止飛行訓(xùn)練任務(wù)。

首先，維修人員根據(jù)左、右發(fā)電機(jī)輸出電流差值大這一故障現(xiàn)象，判斷或許是左調(diào)壓器故障了導(dǎo)致左、右發(fā)電機(jī)電流無(wú)法均衡，于是更換左發(fā)電機(jī)調(diào)壓器，地面試車檢查發(fā)現(xiàn)故障依然存在。接著維修人員判斷：是否是右發(fā)電機(jī)性能差導(dǎo)致左、右發(fā)電機(jī)輸出電壓相差過(guò)大從而導(dǎo)致故障信息出現(xiàn)，于是更換右發(fā)電機(jī)。但是地面試車檢查時(shí)故障依舊沒(méi)有排除，于是懷疑是否是輸入信號(hào)給調(diào)壓器的電流傳感器故障導(dǎo)致調(diào)壓器無(wú)法感受不到兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的電流差而不能均衡電源系統(tǒng)負(fù)載，于是互換兩臺(tái)發(fā)電機(jī)電流傳感器的位置，但是故障現(xiàn)象依舊沒(méi)有改變，排除電流傳感器故障這種可能。最后維修人員判斷是否是飛機(jī)電源系統(tǒng)電路上某處接觸不良或其他原因造成該故障，于是使用電壓表，檢查電源系統(tǒng)電路中各節(jié)點(diǎn)端電壓是否存在壓降，測(cè)量結(jié)果果然不出所料：主駕座椅下方處右發(fā)電機(jī)電流指示傳感器導(dǎo)線接線柱前端和后端的端電壓不同。于是斷開(kāi)飛機(jī)電源，通過(guò)搖晃該接線柱上的所有導(dǎo)線終于找到了問(wèn)題的根源：接線片壓緊螺帽松動(dòng)，導(dǎo)致該處接觸電阻增大，從而使兩臺(tái)發(fā)電機(jī)負(fù)載不均衡出現(xiàn)該故障現(xiàn)象。

四、電源系統(tǒng)常見(jiàn)故障處理措施

DA42NG飛機(jī)電源系統(tǒng)常見(jiàn)故障主要包括：過(guò)電壓、低電壓、左、右發(fā)電機(jī)輸出不均衡、斷路器跳出、電流僅指示異常，其故障原因如電源系統(tǒng)故障分布圖所示：

電源系統(tǒng)故障分布圖

五、維護(hù)建議

1 嚴(yán)格按照Austro Engine Maintenance Manual的要求每300飛行小時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行功能檢查。

2 從DA42NG飛機(jī)2年多的運(yùn)行來(lái)看，發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)或許由于材質(zhì)、設(shè)計(jì)等原因故障率較高，建議日常維護(hù)中加強(qiáng)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)的檢查。

3 外部電源繼電器插頭由于安裝方式等原因容易脫落，日常維護(hù)中因加強(qiáng)對(duì)其的檢查。

【參考文獻(xiàn)】

[1]DA42NG AIRPLANE MAINTENANCE MANUAL.DocNo.70215.（R4）.

[2]DA42NG AIRPLANE FLIGHT MANUAL.Doc.No.70116e（R4）.

[3]Austro Engine Maintenance Manual E4 series.Doc.No.E4.08.04（R27）.

[4]朱新宇，彭衛(wèi)東，何建.民航飛機(jī)電氣系統(tǒng)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，2010.