飛參系統(tǒng)燃油壓力信號異常故障分析

■ 叢志民 唐福軍 肖兵/凌云科技集團(tuán)有限責(zé)任公司

0 引言

飛參系統(tǒng)采集來自飛機(jī)傳感器和飛機(jī)上相關(guān)機(jī)載設(shè)備的參數(shù)，并將采集的數(shù)據(jù)送往飛參記錄器進(jìn)行記錄，記錄的飛行數(shù)據(jù)經(jīng)地面數(shù)據(jù)處理后，具有如下重要用途：為飛機(jī)失事后飛行事故分析提供數(shù)據(jù)；提高飛行訓(xùn)練質(zhì)量，為飛行訓(xùn)練考核提供數(shù)據(jù)；建立飛行檔案，為實(shí)現(xiàn)單機(jī)監(jiān)控、確定單機(jī)壽命提供數(shù)據(jù)；提供飛行統(tǒng)計數(shù)據(jù)，為制定飛機(jī)的載荷譜提供數(shù)據(jù)；為飛機(jī)和發(fā)動機(jī)的監(jiān)控和維護(hù)提供數(shù)據(jù)。隨著外場對飛參系統(tǒng)使用的深入，飛參數(shù)據(jù)由事后判讀逐漸發(fā)展為趨勢判讀，提前發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的隱患。因此，開展飛參系統(tǒng)故障研究，對飛機(jī)各系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控及故障分析十分重要。

1 故障現(xiàn)象

某型飛機(jī)在地面調(diào)試試車過程中，利用飛參檢查處理機(jī)監(jiān)控飛機(jī)發(fā)動機(jī)相關(guān)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)二發(fā)燃油壓力起始壓力數(shù)值比其他三臺發(fā)動機(jī)小4kgf/cm2，且在多次推拉油門過程中，二發(fā)燃油壓力在慢車狀態(tài)下逐漸減小甚至接近0，觀察飛機(jī)上三針表指示的四臺發(fā)動機(jī)燃油壓力均正常，且指示數(shù)值基本一致。

2 原理分析

飛參系統(tǒng)由飛參采集器、飛參記錄器、快取記錄器、信號轉(zhuǎn)接盒和各類傳感器等組成。飛參采集器是系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)完成飛行參數(shù)的采集和處理，飛參采集器由直流模擬信號接口模塊、開關(guān)和頻率信號接口模塊、交流和同步器信號接口模塊、主控模塊、UART 總線信號接口模塊、ARINC 429總線信號接口模塊等組成，該產(chǎn)品采用模塊設(shè)計方法，各模塊獨(dú)立完成采集，采集的結(jié)果由主控模塊取得并在經(jīng)過處理后送往飛參記錄器進(jìn)行記錄。飛參記錄器負(fù)責(zé)記錄飛參系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)處理后可用于事故分析等用途。快取記錄器接收來自飛參采集器的數(shù)據(jù)，將其記錄在數(shù)據(jù)卡上，該數(shù)據(jù)卡是一種固態(tài)存儲介質(zhì)。一般情況下，快取記錄器安裝在駕駛艙內(nèi)，飛行結(jié)束后將數(shù)據(jù)存儲卡從快取記錄器上拔下，直接送地面站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。信號轉(zhuǎn)接盒將來自飛機(jī)各相關(guān)系統(tǒng)和傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換調(diào)理后送往飛參采集器進(jìn)行采集記錄。隨著飛參系統(tǒng)的不斷升級改進(jìn)，記錄的參數(shù)從幾十個發(fā)展到上千個。本文涉及的飛參系統(tǒng)信號交聯(lián)復(fù)雜，包含角位移傳感器、力傳感器和加速度傳感器等各類模擬信號；大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)、慣導(dǎo)系統(tǒng)、電子飛行儀表系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)指示和空勤告警系統(tǒng)等ARINC 429總線信號；飛機(jī)上各類開關(guān)提供的離散量信號等。

在飛機(jī)調(diào)試和飛行訓(xùn)練階段，一般通過飛參檢查處理機(jī)對飛參數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和數(shù)據(jù)下載，將數(shù)據(jù)與飛機(jī)上相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，檢查系統(tǒng)的當(dāng)前工作狀況或變化趨勢。主要檢查發(fā)動機(jī)油門位置、轉(zhuǎn)速、排氣溫度、滑油壓力、滑油溫度、燃油壓力、扭力、振動值等發(fā)動機(jī)主要性能。重點(diǎn)檢查起動、慢車、起飛等各狀態(tài)對應(yīng)參數(shù)值；航姿系統(tǒng)角度變化情況；操縱系統(tǒng)駕駛桿縱向位移與升降舵偏角、駕駛盤橫向位移與副翼偏角、腳蹬位移與方向舵偏角等參數(shù)；電源系統(tǒng)匯流條電壓和交流電壓；液壓系統(tǒng)壓力變化情況。對模擬量的檢查重點(diǎn)是看有無恒值、突變和超范現(xiàn)象，對開關(guān)量的檢查重點(diǎn)是看有無告警、無信號和超時現(xiàn)象，此外還要考慮參數(shù)與參數(shù)以及對稱發(fā)動機(jī)之間的關(guān)聯(lián)性。

某型飛機(jī)在地面調(diào)試過程中，利用飛參檢查處理機(jī)實(shí)時檢查飛機(jī)發(fā)動機(jī)相關(guān)參數(shù)時，發(fā)現(xiàn)二發(fā)燃油壓力數(shù)值（物理量）比其他三臺發(fā)動機(jī)小4kgf/cm2，且在多次推拉油門過程中，二發(fā)燃油壓力在慢車狀態(tài)下逐漸減小甚至接近0，觀察飛機(jī)上三針表指示的四臺發(fā)動機(jī)燃油壓力均正常，且指示數(shù)值基本一致。為進(jìn)一步分析，對快取記錄器上數(shù)據(jù)卡的數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀，選取二發(fā)和三發(fā)兩臺發(fā)動機(jī)的燃油壓力和油門位置信號進(jìn)行對比，判讀曲線如圖1 所示，從圖中可以看出二發(fā)燃油壓力在幾次推拉油門后逐漸減小，三發(fā)燃油壓力在幾次推拉油門后狀態(tài)基本保持平穩(wěn)。在相同狀態(tài)下，調(diào)取其他幾臺發(fā)動機(jī)的燃油壓力信號進(jìn)行判讀，僅二發(fā)燃油壓力曲線在慢車狀態(tài)下數(shù)值不穩(wěn)定。為找出該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，建立圖2 所示的故障樹，對各種可能的結(jié)果事件和底事件進(jìn)行分析。

圖1 飛參判讀曲線

圖2 二發(fā)燃油壓力信號異常故障樹

2.1 傳感器故障分析

對燃油壓力傳感器傳輸線路進(jìn)行分析，圖3 為燃油壓力信號采集原理框圖，燃油壓力信號從傳感器信號輸出到飛參接線模塊，兩路燃油壓力信號一路發(fā)送至發(fā)動機(jī)三針表用于指示燃油壓力情況，另一路發(fā)送至信號轉(zhuǎn)接盒，兩個信號同時來自燃油壓力傳感器。若二發(fā)燃油壓力傳感器或線路出現(xiàn)故障，勢必影響信號的正常傳輸，導(dǎo)致二發(fā)燃油壓力信號異常。因此，可以通過檢查機(jī)上線路或更換燃油壓力傳感器等方式進(jìn)行驗(yàn)證。

圖3 燃油壓力信號采集原理框圖

2.2 采集器失效分析

飛參系統(tǒng)記錄的所有參數(shù)都由飛參采集器采集和處理，該采集器采用四矩形插座（見圖4）連接，該插座在外場使用過程中安裝費(fèi)力、鎖緊困難，易造成接觸不良現(xiàn)象，可通過重新安裝采集器等方式驗(yàn)證插座接觸情況。若采集器燃油壓力處理電路失效，也會影響燃油壓力信號的采集與處理。

圖4 飛參采集器四矩形插座

2.3 信號轉(zhuǎn)接盒失效分析

信號轉(zhuǎn)接盒將燃油壓力傳感器送來的交流信號轉(zhuǎn)換成直流信號，轉(zhuǎn)換后的直流信號送到飛參采集器進(jìn)行采集和調(diào)理。燃油壓力傳感器輸出的交流電壓通過飛參接線模塊送到信號轉(zhuǎn)接盒，信號轉(zhuǎn)接盒轉(zhuǎn)換后輸出不超過1V 的直流電壓信號。若飛參接線模塊失效或信號轉(zhuǎn)接盒超差，會使輸出到飛參采集器的電壓不符合要求，進(jìn)而造成燃油壓力信號異常。

3 故障排查和定位

3.1 故障排查

針對以上故障樹及原理分析，按照以下方法進(jìn)行故障排查。

1）對機(jī)上燃油壓力信號線進(jìn)行導(dǎo)通測試，線路導(dǎo)通情況良好。由于機(jī)上更換燃油壓力傳感器相對困難，采用對調(diào)飛參接線模塊處輸入線的方式進(jìn)行故障排查。對調(diào)飛參接線模塊中一發(fā)、二發(fā)至信號轉(zhuǎn)接盒的輸入線，若故障現(xiàn)象轉(zhuǎn)移至一發(fā)，說明輸入端線路故障；若現(xiàn)象未轉(zhuǎn)移，則考慮為輸出端線路故障或產(chǎn)品故障。改變接線后一發(fā)采集數(shù)值由12kgf/cm2下降至5kgf/cm2左右，二發(fā)采集數(shù)值由0 上升至5kgf/cm2左右。從飛參檢查處理機(jī)監(jiān)控的數(shù)據(jù)可以看出，更換傳感器對輸出信號產(chǎn)生一定的影響，但故障現(xiàn)象并沒有完全轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步懷疑為飛參接線模塊接觸問題導(dǎo)致。更換接線模塊，恢復(fù)接線，故障現(xiàn)象未消失。

2）更換XB-4A 信號轉(zhuǎn)接盒，故障現(xiàn)象依舊。考慮到飛參采集器安裝不到位可能導(dǎo)致背后插針與插孔接觸不良，更換飛參采集器后進(jìn)行通電檢查，二發(fā)燃油壓力衰減現(xiàn)象消失，慢車狀態(tài)數(shù)值為7 ～8kgf/cm2，但二發(fā)燃油壓力數(shù)值仍然比其他幾發(fā)燃油壓力數(shù)值低約4kgf/cm2。使用二線檢測設(shè)備檢查原機(jī)飛參采集器各項(xiàng)指標(biāo)正常，排除了飛參采集器失效導(dǎo)致故障的可能，恢復(fù)原機(jī)飛參采集器后再次通電檢查，二發(fā)燃油壓力衰減現(xiàn)象消失。

3.2 故障定位

對飛參采集器插座進(jìn)行清潔和重新安裝后，利用飛參檢查處理機(jī)監(jiān)控燃油壓力信號未出現(xiàn)衰減歸零的情況，但二發(fā)燃油壓力數(shù)值比其他三發(fā)數(shù)值低4kgf/cm2左右，該現(xiàn)象屬于飛參采集器內(nèi)部通道性能差異。利用加壓設(shè)備對系統(tǒng)加壓，在每一個壓力點(diǎn)檢查指示器與飛參檢查處理機(jī)監(jiān)控的燃油壓力數(shù)值，四臺發(fā)動機(jī)燃油壓力曲線跟隨性好。從更換產(chǎn)品及通電檢查結(jié)果可以得出結(jié)論，故障原因是飛參采集器插座接觸不良、在反復(fù)推拉油門過程中使燃油壓力信號在慢車狀態(tài)下出現(xiàn)衰減。針對二發(fā)燃油壓力數(shù)值在慢車狀態(tài)下采集偏低的問題，對二發(fā)燃油壓力數(shù)據(jù)庫進(jìn)行重新標(biāo)定，使飛參系統(tǒng)回放數(shù)據(jù)與機(jī)上三用表指示保持一致。

4 總結(jié)

在本例中，采用串件的方式確定各項(xiàng)產(chǎn)品指標(biāo)均在要求范圍內(nèi)，但二發(fā)顯示數(shù)值相對其他幾發(fā)偏低，因此通過參數(shù)標(biāo)校的方法對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修正，使回放數(shù)據(jù)異常情況發(fā)生變化，四個發(fā)動機(jī)回放數(shù)據(jù)與指示器上顯示基本一致。針對模擬信號在傳輸過程中易產(chǎn)生損耗，傳感器和信號轉(zhuǎn)接盒等在信號傳輸及轉(zhuǎn)換中存在差異，可在產(chǎn)品滿足指標(biāo)的情況下對飛參數(shù)據(jù)庫進(jìn)行標(biāo)校。實(shí)踐證明，該方法對于飛參系統(tǒng)數(shù)據(jù)判讀可起到重要作用。