某型發動機進氣溫度T1異常跳動故障分析與排除

胡惠芳 寧小偉 趙柯 鄧林

摘要：某型發動機數字調節器輸出的發動機進氣口溫度T1多次出現線性電壓異常跳動情況，對此從發動機T1測量及線性電壓輸出原理出發，結合電磁兼容、信號完整性理論及故障測試結果進行分析，最后確定了故障原因，并制定了排除該故障的有效措施。

關鍵詞：T1溫度；數字調節器；信號完整性；排故方法

Keywords：T1 temperature；digital electronic engine controller；signal integrity；eliminate methods

0 引言

發動機進氣口溫度T1是控制發動機的重要參數，發動機的n1、n2、T4調整程序、n1換算轉速等多項控制參數都受T1溫度影響，該參數的可靠性對發動機的穩定控制非常重要。當飛機記錄的T1線性電壓存在異常跳變時，確認其跳變原因并制定解決措施是非常必要的。本文針對某型發動機數字調節器輸出的T1線性電壓異常跳變故障進行研究，分析其故障成因并制定排故方法，以供同行分析參考。

1 故障描述

多臺某型發動機飛行結束后，對飛機記錄的發動機飛行數據進行判讀，發現由數字調節器輸出的T1線性電壓存在異常掉為0V的情況。送修后，在給定T1溫度為0℃條件下，對故障數字調節器輸出的T1線性電壓進行示波，發現故障調節器的T1線性電壓在短時間內存在多次掉為0V的異常跳變情況（T1由0℃變為-60℃），單次跳變持續16ms，跳變的頻次比較隨機，較快時能達到每秒6次左右，典型的異常輸出波形如圖1所示。經統計，明顯存在該異常跳變的數字調節器有十余臺。

2 工作原理

2.1 數字調節器T1測量原理

T1溫度測量、線性電壓輸出原理如圖2所示。CPU控制恒流源輸出兩路恒定電流I1、I2，其中I1電流通過T1傳感器后形成與溫度相關的敏感電壓，敏感電壓經過程控放大器放大后進行AD模數轉換，形成16位的T1溫度數據用于發動機控制，該數據可由APM（地面維護設備）通過RS232總線讀取并顯示，I1、I2電流相等，用于消除線路電阻溫度變化對T1溫度測量準確性的影響。

2.2 T1線性電壓產生原理

飛機EPT記錄的T1線性電壓的產生是由CPU將16位T1溫度數據按公式計算后，降精度為8位，再通過SPI數據總線發送至8位DA數模轉換芯片AD5308轉換后輸出。T1數據轉換為線性電壓的電路如圖3所示。芯片DA23有8路數據轉換通道，輸出T1溫度、滑油壓力Pm、n1轉速、n2轉速等線性電壓信號。數據幀同步信號線LDI線為低時開始傳輸DA23通道A的數據，直到通道H傳輸完成恢復為高，通道A對應T1線性電壓。

AD5308數據轉換時序如圖4所示。SYNC（數據幀同步信號）為低時DIN（串行數據）在SCLK（串行時鐘）作用下移位到AD5308移位寄存器中，數據幀（16位數據）傳送完成后，在LDAC信號上升沿的作用下，移位寄存器內的數據更新到DAC寄存器中用于轉換輸出。

3 故障分析及排除

3.1 故障樹分析

根據分析，列出T1線性電壓異常跳變故障樹，如圖5所示。

其中，T1斷線及短路故障可由地面維護設備讀取數字調節器相應故障字來定位，T1斷線或短路時數字調節器分別報T1>550K和T1<213K故障。數字調節器的故障可通過對相應電路的檢查來確定。

3.2 故障定位

用APM通過數字通信端口對T1參數進行監控發現，APM上顯示的T1參數穩定，不存在異常跳動，因此確認T1測量電路正常，故障應出現在T1數據經SPI總線到DAC轉換輸出線性模擬電壓部分電路中。

對故障數字調節器的DA轉換芯片、運算放大器及SPI總線上的邏輯門芯片依次進行更換，T1跳變故障依然存在，因此排除電子元件失效導致該故障的可能。對故障數字調節器進行板件串件后測試發現，單獨串裝模擬板（DA23所在板）、CPU板或者將板件轉接出數字調節器都能使故障現象消失，只有故障數字調節器的原臺模擬板和CPU板組合到一起時故障復現。因此判斷故障可能是由T1信號鏈路上的傳輸不匹配引起的。

對故障數字調節器T1信號鏈路上的信號進行測試，當使用示波器探頭連接圖3的數據幀同步信號線LDI，或是在LDI線上連接10cm以上的導線均能消除T1線性電壓輸出端的異常跳變。因此可以確認，DA23數據幀更新線LDI在更新通道A（對應T1線性電壓）DAC數據時存在的不匹配噪聲是導致T1線性電壓異常跳變的原因。

由于DA23數據的傳輸起始于LDI的下降沿，而數據由移位寄存器更新到DA輸出寄存器發生在LDI的上升沿，因此LDI信號線上的干擾是由信號下沖振鈴引起的。信號下沖及其振鈴如圖6所示。

信號振鈴是傳輸線不匹配的一種常見干擾形式。不匹配情況嚴重時，信號振鈴會導致后級電路的誤觸發，由于數字調節器的LDI為周期性信號，在特定線路阻抗及布線長度下會在傳輸線上形成駐波，使得信號的振鈴幅度得到增強。根據AD5308數據手冊，當LDI信號振鈴強度達到1.7V時將觸發移位寄存器的數據更新到轉換寄存器中，然后轉換輸出。

由于LDI的下降沿與信號振鈴的上升沿時間間隔較小，LDI信號下降沿到來后SPI開始傳輸通道A（T1通道）數據，隨后振鈴的上升沿到來時通道A的移位寄存器尚處于清零狀態，振鈴的上升沿使數據為零的移位寄存器數據更新到了通道A轉換輸出寄存器內，導致A通道輸出0V的T1線性電壓，與故障表現的掉為0V的現象相符。

3.3 故障排除措施

故障是由LDI信號不匹配產生的信號振鈴導致數據更新誤觸發引起的，解決該問題的方法主要為阻抗匹配或噪聲抑制等方式。

根據產品電路及印制板已經成型等情況，應選擇電路改動較小、新增元件較少、對線路傳輸信號影響較小的方式進行處理。可以通過串聯終端匹配、并聯終端匹配等多種方式實現阻抗匹配，但因涉及電路改動相對較大或增加電子元件相對較多而未被采用。根據試驗中噪聲可被示波器探頭寄生的10～100pf電容濾除或者被大于10cm的天線輻射出去的特點，計算出該反射噪聲頻段大于1.5GHz，因此采用對圖3中DA23的LDI信號輸入端并聯100pf的旁路電容來對信號的振鈴進行阻尼的方式來處理。

3.4 效果評估

在DA轉換芯片AD5308的數據更新線“LDI”并聯100pf的小容值電容后，用示波器觀察修理后的T1線性電壓輸出情況，輸出的T1線性電壓穩定，異常跳變情況消失。目前已有多臺相同故障的數字調節器按該方法修理合格后交付外場，外場使用情況穩定。因此，通過該修理措施，有效排除了該型數字調節器常見的T1異常跳變故障。

4 結論

T1異常跳變故障原因為：DA轉換芯片AD5308的周期性數據更新線LDI的阻抗不匹配，在終端產生了信號下沖及振鈴，在LDI信號線特定的布線長度及線路阻抗下，信號反射形成駐波使振鈴信號得到加強，振鈴的上升沿使數據已清零且尚未開始傳輸的T1線性電壓數據更新到了DA轉換輸出寄存器內，轉換輸出了0V的異常跳變。通過對振鈴噪聲特點的分析和計算，確定了噪聲的頻段，并進一步確定了噪聲的抑制方式和元件參數的確定，最終實現了該型數字調節器多發的T1異常跳變故障的排除。

參考文獻

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[3]周宗才，鄭鐵軍.某型發動機結構、特性、控制[Z].中國人民解放軍空軍裝備部外場部，2013.

作者簡介

胡惠芳，高級工程師，主要從事航空發動機電子控制系統技術研究。

寧小偉，工程師，主要從事航空發動機電子控制系統修理技術研究。

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