中國民航飛行學院新津分院 任 可

對于航空活塞式的發(fā)動機來說，發(fā)動機超溫是危害發(fā)動機性能和壽命的最大隱患。飛行中可能引起發(fā)動機超溫的因素較多且復雜，如滑油冷卻系統(tǒng)故障、點火系統(tǒng)故障、油路或管路阻塞或油路氣塞造成供油不暢的貧油等。而汽缸頭溫度（以下簡稱CHT）作為保護活塞發(fā)動機的一個重要參數，主要為飛行員監(jiān)控發(fā)動機工作溫度是否正常，及時發(fā)現并防止發(fā)動機的過熱和超溫。對航空發(fā)動機損害最大的因素就是發(fā)動機超溫，飛行中可能引起發(fā)動機超溫的因素較多且復雜，常見原因主要有：夏天發(fā)動機進氣溫度較高；比巡航高度較較貧油的燃油設置使EGT過高從而導致CHT超溫；油路或管路阻塞或油路氣塞造成供油不暢的貧油；滑油冷卻系統(tǒng)故障；點火系統(tǒng)故障；發(fā)動機安裝不規(guī)范導致相對沖壓氣流發(fā)生變化或魚鱗板不能正常打開。同時由于發(fā)動機機械問題也可以導致CHT升高。另外在冬季氣溫較低時，地面試車時應嚴格按飛行手冊的要求暖機，保證CHT和滑油溫度均勻柔和的上升到預定溫度，禁止采用調節(jié)混合比或增加發(fā)動機轉速暖機，以避免發(fā)動局部溫度的不均勻導致CHT升高。

1 某航空活塞式汽缸頭溫度指示故障及系統(tǒng)結構

1.1 某航空活塞式汽缸頭溫度指示故障

飛行員反映某通用航空活塞式1號缸氣缸頭溫度（CHT）值高于其余3個氣缸CHT 值近130℉，并且在大轉速期間1號缸CHT指示滿量程600℉并最后顯示紅叉（其余三缸CHT均在350℉±20℉正常范圍內）。隨后在機務人員的3次地面試車中該故障僅復現過一次。

1.2 某航空活塞式發(fā)動機汽缸頭溫度指示系統(tǒng)結構

該航空活塞式采用的綜合航電系統(tǒng)，發(fā)動機為直列4缸布局。發(fā)動機汽缸頭溫度指示系統(tǒng)主要由兩個液晶顯示器PFD和MFD、兩個中央數據處理器GIA1和GIA2、一個發(fā)動機集成電子組件GEA和4個CHT傳感器等組成。其中，PFD、MFD、GIA1、GIA2和GEA是該綜合航電系統(tǒng)的其中5個組件；其中，PFD和MFD是系統(tǒng)的顯示部分，為10.4英寸的液晶顯示器，1024X768的分辨率。主飛行顯示稱為PFD，多功能顯示稱為MFD。PFD顯示飛行信息，以替代傳統(tǒng)的陀螺儀表;MFD顯示導航信息和發(fā)動機/機身參數。兩個顯示器連接和顯示飛行期間系統(tǒng)的所有功能。

GEA 71是一個帶微處理器的LRU組件，負責接收/處理來自發(fā)動機和機身傳感器的信號。傳感器包括發(fā)動機溫度和壓力傳感器以及燃油測量和壓力傳感器。GEA 71通過使用RS-485數字接口，直接與兩個GIA 63組件通訊。GEA 71可使用在單發(fā)飛機到復雜渦輪推進的飛機上。通過RS-232數字接口，收到GIA的軟件和構型設置。

CHT傳感器采用熱電偶作為探頭，其熱端安裝在氣缸頭，用于感受氣缸溫度，冷端安裝在靠近GEA組件的接頭一側。根據熱電偶的特性，如果冷端和熱端之間存在著溫度差，則電路中會相應地產生熱電勢，且熱電勢與溫度差成正比，通過測量熱電勢的大小可以感知氣缸溫度。

系統(tǒng)基本工作原理為：4個CHT傳感器分別感受4個缸的溫度信號，并將溫度信號轉換為對應的電壓信號并傳輸到GEA，GEA接受數據并進行處理后傳送給計算機GIA1和GIA2，GIA1和GIA2將該信號輸送給其他有交聯的組件，并分別送到各自對應的顯示器以柱狀圖和數字的形式進行溫度顯示，該柱狀圖的指示范圍為：0～600℉（通常發(fā)動機正常工作時CHT不會超過500℉），當溫度超過600℉或者發(fā)生故障時該柱狀圖會出現紅叉。其系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 發(fā)動機CHT指示系統(tǒng)結構圖Fig.1 Structure of the engine CHT indication system

2 故障原因分析及排故

2.1 排故思路

由于該機綜合航電系統(tǒng)由多個組件構成，各個部件在獨立完成各自功能的同時還相互進行數據交聯，因此在排故時不能采用分離式設備的傳統(tǒng)排故方法；同時由于該故障屬于具有一定隨機性的間歇性故障，故障現象不是固定存在，排故難度較大，因此需要站在系統(tǒng)結構的高度上來全面分析可能存在故障點并制定相應的排故流程。

通常應重點考慮3個方面的問題：一是線路問題，如磨損、振動等造成的短路、斷路、連接器接觸不良等[1]；二是硬件故障，如不正確的操作、高溫、高濕和靜電損傷等；三是軟件和配置問題，如軟件版本、數據亂碼等。由于飛機上空間有限，查找線路相對困難，因此排故程序應遵循先易后難的原則進行，先進行軟件和硬件排故，最后再查找線路故障。

2.2 故障定位與原因分析

2.2.1 故障排查與定位

根據該機故障現象，首先查閱該型飛機的最新維護手冊，但手冊沒有給出此類故障的排故說明，因此只有按照結構圖和電路圖對系統(tǒng)進行分段檢查和測試。具體排故流程如圖2所示。

圖2 排故流程圖Fig.2 Troubleshooting program

表1 1號缸CHT離線測試數據

（1）檢查各組件和CHT傳感器狀態(tài)。由于僅為1號缸CHT指示故障，因此首先將1號缸CHT傳感器拆下用專用活塞發(fā)動機滑油/汽缸頭溫度系統(tǒng)測試儀FX13052進行離線測試，測試數據如表1所示，對比理論值結果表明該傳感器工作正常。之后將系統(tǒng)啟動到維護模式下檢查各組件的工作狀態(tài)，發(fā)現GIA1、GIA2、PFD、MFD和GEA的工作狀態(tài)均顯示正常，同時為排除因為振動可能導致的接觸不良，分別檢查5個組件安裝是否可靠，連接器有無松動，插釘有無變形和彎折等，均未發(fā)現異常情況，但是這并不能完全排除組件可能存在的硬件故障。

（2）重新裝載軟件及配置文件。首先用該機隨機光盤制作數據卡，然后分別加載5個組件的軟件及配置文件，地面試車1號缸CHT雖然未出現紅叉，但是仍然比其余三缸溫度高150℉左右，由此排除軟件及配置文件的故障可能性。

（3）按照先易后難的原則從CHT傳感器往顯示器的方向排查線路。首先檢查1號缸CHT傳感器到GEA71的線路，根據線路圖（如圖3所示）發(fā)現1號缸CHT傳感器的熱、冷端接線通過一個連接器JN017/PN017分別連接到GEA71組件的26腳和27腳。首先斷開連接器JN017/PN017，檢查該連接器的兩端到GEA 71的26腳和27腳的線路，發(fā)現兩條線路沒有外觀破損致短路的現象。為了模擬近似飛行中的情況，在不停搖動線路的同時，用三用表分別測量兩條線路的通斷后發(fā)現：冷端線路一直處于連通狀態(tài)，而熱端線路則時而接通，時而斷路，極不穩(wěn)定。將連接器JN017/PN017拆開后發(fā)現熱端接線柱松動，部分線絲已脫落，初步判斷故障原因就是該連接器的熱端線路松脫造成溫度指示異常，重新連接好熱端線路后地面試車，1號缸CHT指示正常，并且與其他3缸的溫度差僅有±20℉，在正常范圍內。

（4）由于已找到該連接器的熱端線路松脫，并且沒有明確的現象表明5個組件存在硬件故障，所以不必再進行硬件更換及其軟件的配置。

2.2.2 故障統(tǒng)計分析

統(tǒng)計該機型33架飛機3年內出現的CHT指示故障共計28架次，主要有4個方面的原因：CHT傳感器故障、線路故障、硬件故障和軟件及配置故障，具體分布表如表2所示。

圖3 1號缸CHT傳感器到GEA71的線路圖Fig.3 Wiring diagram of First cylinder CHT sensor to GEA71

表2 CHT指示系統(tǒng)故障原因統(tǒng)計

從表2中可以看出，（1）CHT傳感器是導致CHT溫度指示故障的最主要因素，排除該類故障較為簡單。（2）由于飛機線路經常受到振動、高溫、高腐蝕等環(huán)境因素以及自身老化的影響，易造成接連接件松動、線路腐蝕、氧化、絕緣層磨損、耗損增大等，從而導致各類故障，此類排故相對較為復雜。在這8次線路故障中，有4次是線路磨損導致短路或斷路，有兩次是連接器接線松脫，還有兩次是接頭受到發(fā)動機滑油污染和腐蝕。（3）5次硬件故障包括2次GIA故障和3次GEA71故障。（4）2次軟件及配置故障均為人為裝載錯誤而致。

3 結論

CHT是航空活塞式的一個重要參數，它直接關系到飛行員對飛機發(fā)動機工作狀態(tài)的判斷，從而影響飛行安全。因此在日常使用維護過程中，維修人員需要加強對該航空活塞式CHT傳感器及其線路的清潔和檢查。同時，針對飛機電子系統(tǒng)線路的排故，應首先需要了解故障發(fā)生過程和現象，并從故障系統(tǒng)的總體結構和工作原理上進行分析，結合各類流程圖和線路圖等制定具體排故程序，運用各種檢查方法（如目視法、串件法、短接法、分段檢測法等）查找重點線路、連接器和設備等，并最終確定故障原因[2-4]。

[1] 張翔.老齡飛機線路故障及維護.中國民用航空，2012(4)：42-43.

[2] 莫伊爾.民用航空電子系統(tǒng).北京:航空工業(yè)出版社，2009(4)：22-26.

[3] 汪煒.航空維修中的故障處理.航空制造技術，2006(9)：55-57.

[4] 荊曉東.淺析活塞發(fā)動機汽缸頭溫度. 科技資訊，2005(26)：30..