DA42NG飛機(jī)電源系統(tǒng)工作原理及故障分析

關(guān)世超

(中國民用航空飛行學(xué)院洛陽分院機(jī)務(wù)部 河南洛陽 471000)

目前世界上有很多種航空器型號，其設(shè)計不同，工作原理不同，但相同的是都具有電源工作系統(tǒng)，這是航空器必備系統(tǒng)之一。就某院當(dāng)前運行DA42NG型中教機(jī)而言，電源系統(tǒng)同樣是其重要組成部分，在日常定檢和航線維護(hù)中經(jīng)常涉及此系統(tǒng)的相關(guān)工作。為保證飛行人員安全，也為高效完成相關(guān)定檢與航線維護(hù)工作，深入掌握電源系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理，再與日常維護(hù)經(jīng)驗相結(jié)合，能有效提高工作可靠性。

1 DA42NG飛機(jī)電源系統(tǒng)組成及工作原理

電源系統(tǒng)較為復(fù)雜，其包含外部電源、飛機(jī)主電瓶、主發(fā)電機(jī)、附加發(fā)電機(jī)、ECU 備用電池組和應(yīng)照明電池組。外部電源連接器位于前行李艙下方，外部電源連接器連接到前行李艙繼電器接線盒中的外部電源繼電器上[1]，控制引腳通過二極管連接到繼電器上，防止插頭接反引起故障。主蓄電池位于行李箱前部左側(cè)的位置。這是一個24 V，13.6 AH 的密封蓄電池，電池負(fù)極與飛機(jī)機(jī)身連接，正線與電池繼電器和熱電瓶匯流條相連，蓄電池的輸出直接連接繼電器盒，蓄電池繼電器的線圈正極通過二極管連接至繼電器并和電瓶匯流條，并與蓄電池正極相連。當(dāng)打開主電源開關(guān)時，主開關(guān)提供線圈接地。每臺發(fā)動機(jī)左后部都有一臺主交流發(fā)電機(jī)，發(fā)動機(jī)通過扁平V型皮帶帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動，當(dāng)直流發(fā)電機(jī)工作時，V 型皮帶將外部機(jī)械力的作用傳遞至發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)導(dǎo)體線圈開始轉(zhuǎn)動，由于其通電產(chǎn)生磁場，在轉(zhuǎn)動時定子線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，在輸出端有橋式整流電路[2]，將發(fā)電機(jī)發(fā)出的交流電通過4個二極管整流為直流電。外部用電設(shè)備形成閉環(huán)通路后，電流流過用電設(shè)備，使其正常工作。起動機(jī)繼電器位于前行李艙后部的繼電器盒中，繼電器線圈一側(cè)接地，另一側(cè)接至匯流條，當(dāng)主開關(guān)位于開位，起動機(jī)開關(guān)接通（左起動機(jī)開關(guān)或右起動機(jī)開關(guān)），通電線圈從左起動機(jī)繼電器工作，該繼電器將電源送至同側(cè)起動機(jī)電機(jī)帶動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動。所有匯流條（除繼電器盒匯流條）均是扁平金屬條且與斷路器板相連，斷路器位于主駕駛右腿，中央操縱板左下方。繼電器盒中共有5個繼電器，依次是右發(fā)電機(jī)繼電器、左發(fā)電機(jī)繼電器、電瓶繼電器、外部電源繼電器和起動機(jī)繼電器。繼電器工作原理為由永久磁鐵保持釋放狀態(tài)，加上工作電壓后，電磁感應(yīng)使銜鐵與永久磁鐵產(chǎn)生吸引和排斥力矩，產(chǎn)生向下運動，最后達(dá)到吸合狀態(tài)。電源組件各組件都為飛機(jī)供電，其不同在于供電時機(jī)不同[3]，用電設(shè)備不同[4]。外部電源系統(tǒng)通過地面電源車將外部電源通過調(diào)壓后經(jīng)機(jī)頭下部插定送入航空器。當(dāng)?shù)孛骈L時間使用電源，且沒有開車的情況下，為飛機(jī)提供電能。將地點電源與航空器正常連接后，只需將地面電源打開，飛機(jī)就會通電，此時無論打開或關(guān)閉主電瓶，都無法將飛機(jī)斷電，但打開飛機(jī)主電瓶開關(guān)，可以給電瓶充電（不推薦此方法給電瓶充電，給電瓶充電應(yīng)使用規(guī)范方法）。當(dāng)發(fā)動機(jī)正常工作后，主發(fā)電機(jī)為整機(jī)提供電能。ECU 備用電池存放在乘客座椅下部和航空器尾鰭。當(dāng)主發(fā)電機(jī)，主電瓶均無法為ECU 提供電能時，由ECU備用電池為ECU（發(fā)動機(jī)控制組件）提供電能，其中乘客座椅下部的ECU電池組為左ECU提供電能，尾鰭ECU 電池組為右ECU 提供電能。發(fā)動機(jī)控制組件一旦斷電，會引起停車。應(yīng)急照明電池組僅在特殊情況下為儀表提供照明[5]。

地面電源正確供電方式為：一端連接墻面380 V電源插頭，另一端連接機(jī)頭下部三插釘?shù)牟孱^，打開地面電源開關(guān)，地面電源繼電器吸合。即地面電繼電器工作與否，取決于機(jī)頭下部電源插頭是否有電，與飛機(jī)主電源開關(guān)（MASTER）開合沒有關(guān)系，這也是與PA44-180 中教機(jī)區(qū)別之處。地面電源第一插頭通過繼電器線圈后接地，從而使繼電器線圈通電，控制繼電器吸合，第三插頭將機(jī)身接地，地面電源將電能送至電瓶匯流條。依據(jù)維護(hù)手冊，地面電源電壓應(yīng)高于電瓶電壓[6]。

電瓶匯流條上電后，打開主電瓶開關(guān)，電瓶繼電器吸合，電瓶匯流條的電能通過24000A2線流入電瓶，起到充電的作用，依據(jù)維護(hù)手冊，即使電瓶電壓低，只要電瓶匯流條電壓正常，閉合電瓶開關(guān)，電瓶繼電器就可以正常工作。在螺旋槳未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時或啟動時，主發(fā)電機(jī)無法正常供電，由電瓶匯流條通過左主匯流條、右主匯流條給相關(guān)電子設(shè)備供電，如發(fā)動機(jī)控制組件ECU、起動機(jī)。電瓶匯流條加電后，閉合起動機(jī)開關(guān)和發(fā)動機(jī)開關(guān)，相應(yīng)側(cè)起動機(jī)就會工作。同時，閉合MASTER MASTER（主電門）和ENGINE MASTER LH（左發(fā)動機(jī)開關(guān)），電流經(jīng)80104A22A線和2402插頭進(jìn)入左發(fā)電機(jī)調(diào)壓器（ALTERNATOR REGULATOR LH），調(diào)壓器正常工作后將勵磁電流經(jīng)24027A20線送入左發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速，輸出電壓恒定，這時調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和螺旋槳轉(zhuǎn)速不影響負(fù)載電流，輸出電壓的調(diào)節(jié)依靠勵磁電流的變化而變化。正常發(fā)電后的發(fā)電機(jī)電壓高于電瓶電壓，在給電瓶充電同時為自己提供勵磁電流，DA42NG飛機(jī)的主發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)為氣冷式同步三相交流自動發(fā)電機(jī)，具體情況見圖1，其中R1、R2和R3分別是3個碳刷組件固定螺釘，內(nèi)置整流器定子線圈連接方式為三角形連接。左右發(fā)電機(jī)系統(tǒng)不同之處在于，左發(fā)電機(jī)調(diào)壓器不僅監(jiān)控該側(cè)發(fā)電機(jī)的電流，同時監(jiān)測另一側(cè)發(fā)電機(jī)電流。在保證該側(cè)發(fā)電機(jī)正常工作的基礎(chǔ)上，根據(jù)右側(cè)發(fā)電機(jī)電流的大小，調(diào)節(jié)自身電流以達(dá)到左右發(fā)電機(jī)發(fā)電量均衡的目的。右側(cè)發(fā)電機(jī)只針對負(fù)載變化提供電能，右側(cè)發(fā)電機(jī)調(diào)壓器不監(jiān)測左側(cè)發(fā)電機(jī)工作狀況，功能相對簡單。

圖1 主發(fā)電機(jī)

當(dāng)LH ECU BUS 正常供電后，其通過一個20A 保險絲和24381A14 線和二極管向LH ECU B BUS（左ECU B 匯流條）供電，當(dāng)左發(fā)動機(jī)電門（LH ENGINE MASTER）閉合后，左ECU 備用電瓶繼電器吸合，LH ECU BUS上電壓高于左ECU電瓶電壓，左ECU電瓶處于“備用”狀態(tài)，當(dāng)LH ECU BUS 電壓低于左ECU 備用電池電壓后，左ECU 備用電池向LH ECU BUS 提供電能，維持機(jī)上緊急用電設(shè)備。由維護(hù)手冊可知，當(dāng)LH ECU BUS 沒有電時，即使閉合左發(fā)動機(jī)開關(guān)，左ECU備用電池繼電器也不會閉合，左ECU備用電瓶不會工作。但只要LH ECU BUS 初始電壓正常，使左ECU 備用電池繼電器可以吸合，就可以在緊急情況下讓左ECU 備用電瓶工作。因此，LU ECU BUS 是否有電（高電平）是ECU能否正常工作的前提。當(dāng)電瓶和主發(fā)電機(jī)都無法工作時，左ECU電瓶能否給右ECU匯流條供電，答案是肯定的。一側(cè)ECU可以為對側(cè)ECU匯流條供電，這也體現(xiàn)了緊急和備用的理念。右ECU電路與左ECU電路功能一致，不再累述。發(fā)電機(jī)勵磁電瓶位于機(jī)身后部座椅下部，保險位于發(fā)動機(jī)艙，發(fā)電機(jī)調(diào)壓器監(jiān)控發(fā)電機(jī)輸出電壓并控制發(fā)電機(jī)穩(wěn)定輸出。

附加發(fā)電機(jī)工作原理和主發(fā)電機(jī)相似。附加直流發(fā)電機(jī)是選裝件且搭載在左發(fā)動機(jī)只為機(jī)上空調(diào)系統(tǒng)提供電能。發(fā)動機(jī)通過V型皮帶將動能傳遞給發(fā)電機(jī)，正常工作時產(chǎn)生28 V和100 A的電流，它有一個外部電壓調(diào)節(jié)器，位于左發(fā)動機(jī)左側(cè)，其并非時控件，如果失效，必須更換，且不適用故障保留規(guī)則。附加發(fā)電機(jī)和附加發(fā)電機(jī)保險，調(diào)壓器，勵磁電瓶以及AUX POWER開關(guān)一起組成了附加交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。當(dāng)閉合左發(fā)電機(jī)開關(guān)、左電門開關(guān)和空調(diào)控制面板上的二號發(fā)電機(jī)開關(guān)后，位于乘客座椅下部的電瓶電流通過外部繼電器和發(fā)電機(jī)控制繼電器線圈接地，外部繼電器線圈和發(fā)電機(jī)控制繼電器吸合，24356A14 線和24352A20 線通電。24354A20 線是電壓監(jiān)控線，為避免2 號發(fā)電機(jī)電壓過高，此線路連接至2號發(fā)電機(jī)調(diào)壓器，使調(diào)壓器獲得監(jiān)控信號，一旦2 號發(fā)電機(jī)輸出電壓過高，調(diào)壓器ALT OUT端接受高壓信號使2號發(fā)電機(jī)失效繼電器動作，電能無法傳遞給下游用電設(shè)備。24353A20線是調(diào)壓器控制線路和電壓感受線路，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓在規(guī)定范圍。當(dāng)接通地面電源后，地面電源無需開關(guān)即可向空調(diào)用電設(shè)備供電，并為兩個12V串聯(lián)的電瓶充電。2號發(fā)電機(jī)匯流條輸送來自2號發(fā)電機(jī)的電能到位于主駕駛左側(cè)的空調(diào)控制面板、壓縮機(jī)、風(fēng)扇低弱風(fēng)控制繼電器、中風(fēng)控制位繼電器和高風(fēng)量控制繼電器以及冷凝器繼電器和壓縮機(jī)繼電器，繼而將電能輸送到冷凝器、蒸發(fā)器和相應(yīng)的冷卻風(fēng)扇。

當(dāng)電源系統(tǒng)正常工作時，左主匯流條電流經(jīng)照明開關(guān)進(jìn)入照明控制器，通過照明開關(guān)可以控制從控制器輸出的電流大小，照明開關(guān)原理是一個可以斷開的可變電阻，通過旋轉(zhuǎn)照明開關(guān)改變輸入照明燈管的電壓與電流，從而改變照明亮度。當(dāng)左主匯流條失效，無法提供電能，閉合應(yīng)急照明開關(guān)，照明控制器的電能來自一個30 V直流1 300 mAh的電池組。左主匯流條同時可以給人工備用地平儀供電，當(dāng)左主匯流條失效時，閉合應(yīng)急照明開關(guān)，此電池組可同時給人工備用地平儀供電。

在電源系統(tǒng)章節(jié)較為特殊的是啟動機(jī)，其不屬于電源系統(tǒng)，但與電源系統(tǒng)配合密切。當(dāng)主電瓶開關(guān)打開時給右主匯流條供電，打開一側(cè)發(fā)動機(jī)電門并將發(fā)動機(jī)啟動開關(guān)扳至同側(cè)，都會使起動機(jī)繼電器吸合，此繼電器吸合使主電瓶匯流條向兩側(cè)起動機(jī)供電。同時電流經(jīng)過啟動開關(guān)傳輸至相應(yīng)側(cè)起動機(jī)另一輸入端，起動機(jī)工作，帶動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動。當(dāng)發(fā)動機(jī)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速，松開起動機(jī)開關(guān)，起動機(jī)開關(guān)回到中立位，起動機(jī)停止工作。若發(fā)動機(jī)正常運轉(zhuǎn)后起動機(jī)無法退出工作，后果非常嚴(yán)重，此時發(fā)動機(jī)控制單元會同時監(jiān)測到發(fā)動機(jī)工作和起動機(jī)工作的信號，并從主飛行顯示器右下方警告窗口彈出紅色警告。一旦出現(xiàn)此警告，必須立刻停止發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)，否則可能損壞發(fā)動機(jī)。斷開發(fā)動機(jī)開關(guān)可以快速關(guān)閉發(fā)動機(jī)，防止或減少因起動機(jī)無法退出工作對發(fā)動機(jī)造成的傷害。

應(yīng)急定位發(fā)射機(jī)屬于25章節(jié)，其遠(yuǎn)程遙控開關(guān)由熱匯流條直接供電，不受發(fā)動機(jī)開關(guān)和主電瓶開關(guān)影響。當(dāng)主電瓶工作狀態(tài)正常，由電瓶供電，當(dāng)電瓶繼電器吸合且發(fā)電機(jī)工作正常時，由發(fā)電機(jī)提供遠(yuǎn)程控制開關(guān)正常工作所需電能。

2 DA42NG飛機(jī)電源系統(tǒng)常見故障分析

當(dāng)MFD顯示某側(cè)電壓低于正常工作電壓時，應(yīng)先檢查對應(yīng)側(cè)開關(guān)和斷路器是否閉合，若閉合，需停車進(jìn)一步檢查主發(fā)電機(jī)勵磁電壓，若發(fā)電機(jī)勵磁電壓正常，可考慮更換發(fā)電機(jī)。若勵磁電壓不正常，可考慮同側(cè)發(fā)電機(jī)調(diào)壓器是否故障。若發(fā)電機(jī)電壓穩(wěn)定但PFD顯示輸出電流過低，可考慮同側(cè)發(fā)電機(jī)開關(guān)是否損壞。在日常維護(hù)中，此機(jī)型發(fā)電機(jī)開關(guān)較易損壞。當(dāng)開關(guān)損壞無法正常閉合后，不影響發(fā)電機(jī)正常工作，其只能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)無法將電能輸送至電網(wǎng)或產(chǎn)生接觸不良等其他送電故障。打開主電瓶開關(guān)，當(dāng)兩部發(fā)電機(jī)均為工作，且未連接地面電源時，顯示器顯示的主匯流條電壓就是電瓶電壓，可由其初步判斷電瓶電壓狀態(tài)。如果電瓶電壓過低，需要查找原因并按維護(hù)手冊進(jìn)行更換。附加發(fā)電機(jī)失效原因包括發(fā)電機(jī)失效、調(diào)壓器失效、保險開路、控制保險開路和V型皮帶斷裂。在日常維護(hù)中，發(fā)現(xiàn)過控制面板和保險開路造成故障的情況。無法快速定位故障點時，依據(jù)由簡到難的排故順序，檢查各器件輸出信號，可以幫助工作人員降低工作的難度，加快故障排故速度。

在日常航空器飛行后機(jī)組反映空調(diào)不制冷的故障情況。依據(jù)由簡及難排故順序，檢查二號發(fā)電機(jī)勵磁輸出正常，電瓶電壓正常。具體故障現(xiàn)象為試車時，空調(diào)不出冷風(fēng)。停車后插入地面電源，空調(diào)可以正常工作。依據(jù)接地面電源空調(diào)可以正常工作，試車時空調(diào)無法工作，查看電路手冊發(fā)現(xiàn)2 號發(fā)電機(jī)輸出與地面電源在2 號發(fā)電機(jī)匯流條有交匯點。由此可知2 號發(fā)電機(jī)匯流條和其以后用電設(shè)備無故障。進(jìn)一步檢查發(fā)電機(jī)輸出，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)無輸出。詳細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，2號發(fā)電機(jī)勵磁電壓輸入為0，但調(diào)壓器輸出正常。經(jīng)萬用表測量發(fā)現(xiàn)連接調(diào)壓器和發(fā)電機(jī)勵磁輸入的電阻內(nèi)部斷路，電阻無窮大。依據(jù)維護(hù)手冊更換該電阻后，試車檢查正常，故障排除。

3 結(jié)語

當(dāng)今通用航空器電源系統(tǒng)向更可靠、更復(fù)雜方向發(fā)展，為了減少故障和非正常停場給訓(xùn)練帶來的損失，有必要熟練掌握飛機(jī)各系統(tǒng)各部分組成與工作原理，電源系統(tǒng)作為電子維修人員的工作范圍，快速掌握相關(guān)知識更加重要。這就需要機(jī)務(wù)人員更加努力學(xué)習(xí)相關(guān)文獻(xiàn)與資料，同工種工作人員可以通過初步掌握鉆石飛機(jī)電路布局與工作原理，來提高學(xué)習(xí)速度，同時為應(yīng)對通用航空器電子與機(jī)械不再區(qū)分的情況，對于曾經(jīng)非電子專業(yè)工作人員也可作為參考。