某型飛機航姿系統失效故障分析

余利玲

摘要：針對某型飛機航姿系統交流115V保險絲熔斷和多普勒雷達不工作故障，采用故障樹分析法，分別從第四發扭矩壓力表指零、第四發交流發電機電壓擺動、航姿系統和多普勒雷達保險絲熔斷三個方面，對航姿系統失效故障進行原因分析，查明了航姿系統失效的原因，并制定了相應的修理措施。

關鍵詞：航姿系統；故障樹；措施

Keywords：attitude heading reference system；fault tree；measures

1 故障現象

某型飛機航姿系統、多普勒雷達115V電源分別由應急匯流條、第Ⅰ匯流條供電，正常時均由第四發交流發電機供電，第四發交流發電機故障時自動轉為第一發交流發電機供電。在一次本場飛行返航時，發現第四發動機扭矩壓力表指零，經檢查發動機其他參數正常，進行扭矩壓力表備用供電轉換后仍指零。轉彎快結束時第四發交流發電機電壓值擺動，幅度逐漸增大到90～120V（正常值115V），遂關閉第四發交流發電機供電開關，此時發現航向位置指示器內部照明燈熄滅，航姿系統不工作，正常、應急狀態地平儀和羅盤均不工作，空中檢查航姿系統交流115V保險絲熔斷，檢查偏流時多普勒雷達不工作。

2 檢查情況

2.1 試車檢查

飛機著陸后扭矩壓力表指示恢復正常，關車前檢查第四發交流發電機故障燈亮、電壓為零。關車后再次試車檢查，故障現象再現，多普勒雷達交流115V保險絲已熔斷。更換第四發交流發電機和兩個保險絲后，各系統工作正常。再次換回原交流發電機，多次試車故障未再現。

2.2 熔斷保險絲外觀檢查

航姿系統115V TB-5保險絲和多普勒雷達TB-5保險絲均為過流熔斷。其中，航姿系統115V TB-5保險絲玻璃管內部有一些銀色球狀顆粒，多普勒雷達 TB-5保險絲中間部分熔斷（見圖1、圖2）。

2.3 第四發扭力表分解檢查

分解第四發扭矩壓力表傳感器，內部線路在殼體裝配部位有壓痕，其中1號線絕緣層破損、芯線外露，有漏電燒蝕痕跡（見圖3）。

3 原因分析

本起故障中先后出現第四發扭矩壓力表指零、第四發交流發電機電壓擺動、航姿系統和多普勒雷達保險絲熔斷等問題，因此，采用故障樹分析法，重點圍繞可能引起故障的電源異常、導線束磨損相互間短路等一般原因進行分析排查。

3.1 扭力表指零故障

1）建立故障樹

導致第四發扭力表指零故障的原因包括傳感器失效、指示器故障和外部電路故障，傳感器失效原因可能有1號線短路和2號線斷路；指示器故障原因可能有1號線短路、2號線短路和3號線斷路；外部電路故障可能有1號線短路、2號線斷路、3號線斷路。根據以上分析得到第四發扭力表指零故障樹，如圖4所示，根據故障樹對傳感器線路、指示器線路、外部線路進行分段導通測量和絕緣檢查，未見異常。

2）模擬試驗

從第四發扭力表指示器1、2號線各引出一根導線，起動第四發動機，接通第四發交流發電機接通輸出開關，分別將兩根引出導線間斷性接地和完全接地；兩根導線之間短接，第四發扭力表指零，與空中故障相符。此時，電源系統、航姿系統、多普勒雷達工作均正常。轉換扭力表變壓器主用、備用電門，觀察第四發交流電壓輸出無波動。

3）對其他系統的影響

扭矩壓力表故障原因是扭矩壓力表傳感器在裝配時內部1號線受壓而絕緣層破損，隨著使用時間增長，在振動等因素影響下芯線外露，搭鐵接地，造成指示器指零。

扭矩壓力表原理為電流比值計，工作電流小（為mA級），1號線搭鐵時，將傳感器的一個測量線圈短接，使扭矩壓力表指零。

該機有4塊扭矩壓力表，共同由EB-2電源變壓器供電，變壓器導線連接、絕緣電阻正常，初、次級保險絲和其他三塊表指示均正常，表明公共電路正常。

從機組反映扭矩壓力表指零到發現第四發交流發電機電壓擺動，時間間隔約為6～7min，故障非同時發生。理論分析和模擬試驗均表明，扭矩壓力表傳感器1號線搭鐵對交流電源系統、航姿系統、多普勒雷達沒有影響。

由以上分析可得出，扭矩壓力表存在故障，但可排除引起其他系統故障的可能。

3.2 航姿系統、多普勒雷達自身故障

1）建立故障樹

航姿系統、多普勒雷達115V保險絲熔斷原因分為系統故障（系統115V供電線路短路、機件內部短路）和供電電源故障兩類。

引起航姿系統內部設備故障的原因有：航姿系統繼電器盒內部線路短路；控制盒內部10V給定線路短路；陀螺內部電源電路短路；各航向指示器內部電路短路。航姿系統115V供電電路故障的原因有：前艙115V供電電路導線與飛機地短路；4框、9框電纜穿孔處導線磨損產生過流；航姿系統接線盒、7-8框接線盒上115V線路接觸不牢；航姿系統配電盒上線路26V、36V短路；電源開關處接線不牢；TB-5保險絲接觸不牢，產生瞬時過大電流。根據以上分析得出航姿系統故障樹（見圖5），根據故障樹對相應原因列表（見表1），對各線路及設備進行導通絕緣檢查和校驗，結果未見異常。

檢查多普勒115V供電線路，包括檢查115V配電盤到4-5框處P26-18接線板上導線“UD74”的導通和絕緣性、導線“UD74”到控制盒插頭15孔的導通和絕緣性。115V供電線路接觸器處連接緊固，49號插頭至4-5框處P26-18接線板上導線“UD74”導通良好，絕緣電阻500MΩ；導線“UD74”到控制盒插頭15孔導通良好，絕緣電阻500MΩ；多普勒115V保險管與卡座接觸情況無打火灼燒痕跡，卡座彈片沒有發現打火灼燒痕跡，彈性正常。

2）測量最大工作電流

起動4臺發動機，接通4臺交流發電機開關，按飛行狀態將各用電設備打開，測量航姿系統最大工作電流為1.7A，多普勒雷達最大工作電流為3.2A，其電流值均沒有達到TB-5保險絲的額定值。

以上線路檢查和試驗可以排除航姿系統、多普勒雷達系統自身故障導致保險絲熔斷的可能。如兩系統分別短路或同時短路，會導致該系統保險絲燒斷，但不會造成交流電網電壓持續擺動和發電機不供電。

3.3 第四發交流電源系統線路及機載設備故障

1）建立故障樹

引起電壓擺動的線路原因包括該發交流電源系統勵磁、輸出及控制部分線路接觸不良、短路、絕緣不良以及各機載設備故障，根據以上分析得出第四發交流電源故障樹（見圖6）。根據故障樹對應的原因進行列表（見表2），對各線路及設備進行導通絕緣檢查和校驗，結果未見異常。

2）試驗

航姿系統、多普勒雷達115V分別由應急匯流條、第Ⅰ匯流條供電，正常時均由第四發交流發電機供電，關閉第四發交流發電機電門時，轉由第一發交流發電機供電。航姿系統故障出現的時機是在供電電源轉換時，在供電電源轉換過程中存在電壓突變現象，為此在應急匯流條處連接一臺電源示波器，監測電源轉換時的電壓峰值。

起動4臺發動機，將4臺交流發電機開關放在“接通”位置，按飛行狀態打開各用電設備，將第四發交流發電機開關轉換至斷開位置（航姿系統和多普勒雷達由第一發交流發電機供電），此時示波器電壓峰值為300V，持續時間2～3s（因過壓保護器有5s的斷電延時，故過壓保護器不會動作），航姿系統和多普勒雷達工作正常；在另外一架相同的飛機上連接示波器作相同的檢查，示波器電壓峰值與該架機相同，航姿系統和多普勒雷達工作正常，進一步驗證了供電電源轉換瞬間電源電壓的突變不會燒斷航姿系統和多普勒雷達的保險。

通過線路檢查和試驗可排除該發交流電源系統線路和交流發電機以外部附件故障造成電壓擺動的可能。

3.4 交流發電機故障

1）交流發電機校驗檢查

按照試驗規程對交流發電機、交流電壓精調裝置、交流碳片式調壓器、過壓保護器進行熱態數據及熱態絕緣電阻檢查，檢查結果符合相關技術規范。按照系統聯試規范，將交流發電機、交流電壓精調裝置、交流碳片式調壓器和可變電阻進行系統聯試檢查，連續工作4h，聯試過程中未見異常。

對交流發電機進行分解檢查，發現該交流發電機傳動花鍵磨損嚴重，花鍵齒形已由漸開線（梯形）磨損為三角形，滑環表面粗糙，有較深磨痕，6塊碳刷中有5塊高度小于下限17.5mm，其余未見異常。

2）滑環和碳刷磨損原因分析

該交流發電機滑環工作面粗糙、磨痕明顯，并有燒蝕痕跡，6個碳刷中有5個低于下限高度（下限高度不小于17.5mm），刷簧對碳刷壓力減小，火花增大燒蝕滑環，使其接觸性變差，在飛機飛行振動較大情況下，碳刷與滑環表面不能緊密結合，加劇了滑環與碳刷的磨損。

3.5 保險絲熔斷原因小結

1）由于發電機碳刷與滑環接觸不良及火花等因素，使發電機輸出電壓正弦波發生畸變，在調壓器作用下，發電系統提供給匯流條的電壓出現電壓調制現象，造成電壓低頻率較大幅度的擺動，使得非正常高電壓連續地施加在用電設備端，在TB-5保險絲電路中形成非正常的大電流，經過熱量積累，達到熔斷條件，使TB-5保險絲熔斷。

2）從第四發交流發電機斷開到第一發交流發電機供電時，因電源系統的調節特性出現短時電壓過沖，加速了TB-5保險絲的熔斷。

3）當電源突變時，航姿系統、多卜勒雷達等感性負載會產生感應電動勢，出現瞬時高電壓，也會加速TB-5保險絲的熔斷。

4 結論

該起故障發生的原因是發電機滑環磨損嚴重，導致碳刷消耗速度快，在振動的環境下與滑環接觸不良，輸出電壓波形畸變，引起電網電壓大幅擺動，造成航姿系統和多普勒雷達TB-5保險絲熔斷，使航姿系統和多普勒雷達因斷電停止工作。

用戶應加強交流發電機的監控使用。在飛機A檢中增加交流發電機碳刷檢查內容，規范碳刷測量方法，如碳刷磨損速度過快，交流發電機應返廠修理。在飛機C檢中，增加對滑環及花鍵軸的檢修。修理工廠應修訂修理工藝規程，補充完善碳刷測量方法。