一起飛機防冰系統短時告警故障分析

葉成世 陳林 孫凱革 王桂芳

摘要：采用從系統-產品-器件逐步遞進的方法和故障樹分析法，對一起飛機防冰系統短時告警故障進行分析，并對導致故障的繼電器開展了失效分析。從此案例的分析可以看出，很有必要對繼電器等電氣器件進行梳理分類，開展壽命試驗及實際狀態評估，增加必要的器件維修和檢測手段，為改進修理模式提供可靠依據，最大程度地降低飛機質量風險。

關鍵詞：防冰；告警信息；繼電器；失效分析

Keywords：anti-icing；warning message；relay；fault analysis

1 故障現象

一架某型飛機在著陸滑跑過程中出現“進氣道結冰”語音告警信息。地面查看飛參記錄數據，在“減速傘放傘”開關有效后16s的同時出現“進氣道結冰”和“左發防冰系統接通”信號，持續2s后同時撤銷。經查，當時地面溫度約20℃，理論分析不會出現結冰環境，結冰告警情況為虛警。

2 故障原因分析

2.1 系統工作原理分析

結合發動機系統、防冰系統、NAMP系統電路原理，繪出與故障相關的電路原理簡圖（見圖1）。

當機上發動機防冰轉換開關處于“自動”位置時，防冰控制器（5D）上電工作。此時，如果結冰傳感器（6D）上結冰，冰沉積在傳感器振動頭上，振動頭的剛度提高，導致結冰傳感器（6D）發送給防冰控制器（5D）的振蕩頻率增加；當振蕩頻率達到結冰信號器靈敏度規定的冰厚（0.3mm）時，振蕩頻率增大到6035Hz，防冰控制器（5D）向防冰系統接通繼電器（2D）發出“防冰”信號，同時向結冰傳感器（6D）發出“振動頭加熱”和“支架加熱”指令信號。

防冰系統接通繼電器（2D）自接收到“防冰”信號后工作，將來自飛機供電系統的+27V信號中的一路送至NAMP系統和語音告警系統， NAMP系統顯示進氣道結冰信息，語音告警系統發出“進氣道結冰”語音告警；另一路+27V信號送至發動機防冰系統附件，使發動機系統起動防冰工作，并向飛參系統發出“左發防冰系統接通”“右發防冰系統接通”的記錄信號。

2.2 系統故障樹

從系統工作原理進行故障原因分析，建立如圖2所示飛參系統報“進氣道結冰”和“左發防冰系統接通”故障樹。從中可以看出：結冰傳感器故障、防冰控制器故障、動力系統1號繼電器盒故障、飛參系統故障、NAMP系統故障、發動機防冰系統附件故障、線路故障等都是造成飛參報“進氣道結冰”和“左發防冰系統接通”的潛在原因。

外場通過機上線路檢查、產品串件和試飛驗證，發現更換防冰控制器后，語音系統和飛參系統不再出現“進氣道結冰”和“左發防冰系統接通”短時偶發告警信息。

2.3 防冰控制器故障原理分析

結合防冰控制器電路原理，繪出與“結冰”信號輸出部分相關的電路原理簡圖（見圖3）。防冰控制器“結冰”信號輸出部分主要由J1繼電器控制，前端電路涉及單片機電路、反相器電路、電子開關電路等，當J1繼電器吸合時，將結冰信號發送至飛參（NAMP記錄并傳輸）和語音告警；同時接通發動機防冰系統電磁閥，開始進行發動機除冰工作。因此，不排除防冰控制器內部J1繼電器以及前端電路在振動環境下出現偶發故障的可能。

2.4 防冰控制器故障樹

根據防冰控制器“結冰”信號輸出電路，建立如圖4所示的飛參報“進氣道結冰”和“左發防冰系統接通”故障樹。從中可以看出：開關晶體管故障、反相器故障、單片機故障等都是造成飛參系統報“進氣道結冰”和“左發防冰系統接通”的潛在原因，后續將逐個驗證、排除，以查出對應原因。

為查找故障點，在通電情況下，通過持續敲擊防冰控制器上繼電器J1殼體方式，對J1繼電器（JQX-6MT/027-6）進行模擬振動試驗。檢查發現，在敲擊繼電器殼體過程中，防冰信號燈出現偶爾閃亮現象，該現象與機上故障現象完全一致，故障復現。

2.5 繼電器J1失效分析

1）外觀檢查

為了檢查繼電器J1在安裝、試驗、使用等過程中引起的損壞，利用放大鏡對繼電器進行外觀檢查。經觀察，未發現明顯異常情況，繼電器外觀形貌如圖5所示。

2）X射線檢查

為了檢查繼電器J1封裝內的缺陷、損傷，對繼電器進行X 射線檢查，經觀察，可見繼電器的Pin6動簧片已斷裂，如圖6所示。

3）電特性測試

為了確定繼電器J1的失效特性，鑒別失效模式，對繼電器進行動作測試，并對繼電器的線圈電阻、動作電壓、釋放電壓和觸點接觸電阻等參數進行測試，結果見表1。

由表1數據可知，繼電器J1的常閉觸點Pin2-Pin4、Pin6-Pin8和常開觸點Pin6-Pin1在繼電器動作前后均處于開路狀態。

4）開封進行內部目檢

為了檢查繼電器J1內部是否存在有與失效模式相關的結構異常或缺陷并確定失效位置，采用機械方法對繼電器進行開封。

開封后，觀察發現繼電器的動簧片Pin6在靠近焊接固定位置斷開（見圖7）。

對動簧片Pin6斷面進行SEM 觀察，動簧片斷口兩側的斷面平整，可見典型的“冰糖狀”組織結構，表現為沿晶脆性斷裂特征（見圖8、圖9）。

5）失效分析結果

通過以上分析檢查，判斷故障原因為：失效繼電器簧片在長時間使用過程中，材料晶界發生弱化，最終導致簧片在應力集中點發生脆性斷裂，導致繼電器J1工作失效。

3 故障驗證

根據以上分析，得出故障原因：防冰控制器中繼電器J1簧片在應力集中點發生脆性斷裂而失效，導致繼電器J1工作失效，在飛機振動環境下，繼電器J1常開觸點出現偶發導通，并向防冰系統接通繼電器（2D）發出“防冰”短時信號，防冰系統接通繼電器（2D）短時工作，將來自飛機供電系統的+27V信號，一路送至語音告警系統并發出“進氣道結冰”語音告警，另一路使發動機防冰系統附件工作，對發動機進行防冰，同時向飛參系統發出“左發防冰系統接通”的記錄信號。

在更換了繼電器J1之后，飛機防冰系統恢復正常，各項性能參數符合要求，裝機后使用情況良好，故障最終排除。

4 總結

針對防冰控制器中繼電器J1的失效分析情況，后續工廠將加強與中航工業部門的技術狀態對接工作，同時開展類似型號繼電器的壽命試驗及實際狀態摸底評估、采購七專以上等級繼電器，并在大修作業時予以換新等工作。

這是一起典型電氣器件失效引起的飛機系統故障。由上述故障案例分析可以看出，電氣器件工作可靠性在飛機上日益重要。隨著飛機服役期限延長，電氣器件失效問題漸顯突出，必須對這些電氣器件進行梳理分類，開展壽命試驗及實際狀態摸底評估，增加必要的器件維修和檢測手段，為改進修理模式提供可靠依據，最大程度降低飛機質量風險。

參考文獻

[1]孫聰，季曉光，陳希成等.飛機地勤培訓教材[Z]. 2006

[2]嚴東超，等.飛機電氣系統總體設計[M].北京：航空工業出版社. 2001.

作者簡介

陳林，工程師，主要從事電氣專業飛機修理技術工作。

葉成世，工程師，主要從事電氣專業飛機修理技術工作。

孫凱革，高級工程師，主要從事電氣專業飛機修理技術工作。

王桂芳，工程師，主要從事電氣專業飛機修理技術工作。