任中杰+張家寶+周建洪+黎良辰+穆懷天

摘 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常工作在高溫、高速、高負(fù)荷、強(qiáng)振動(dòng)的惡劣環(huán)境下，其內(nèi)部的電氣附件線路在這些惡劣環(huán)境中容易發(fā)生故障。電氣線路的絕緣性故障是一種常見的故障，分析電氣附件線路中可能出現(xiàn)的絕緣性故障種類，并針對(duì)每種故障畫出等效電路，然后進(jìn)行仿真，從而得出結(jié)論?？偨Y(jié)并分析常見的絕緣性故障種類，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的維修效率，并保證飛機(jī)的飛行安全。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)；電氣線路；絕緣性故障

電氣附件是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的基本單元，其種類繁多，連接電氣附件的線路稱之為電氣附件線路，發(fā)動(dòng)機(jī)體積龐大，電氣附件數(shù)量極多，其內(nèi)部的電氣附件線路錯(cuò)綜復(fù)雜，導(dǎo)線粗細(xì)不一，長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)幾十公里，發(fā)生故障時(shí)排查起來非常困難。在此對(duì)常見的電氣附件線路的絕緣性故障進(jìn)行了分類，并對(duì)每類故障進(jìn)行了仿真，從而得出故障產(chǎn)生的機(jī)理，在故障排查過程中更具有針對(duì)性，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的維修效率，并保證飛機(jī)的飛行安全。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)電氣線路絕緣性故障原因

航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作環(huán)境惡劣，系統(tǒng)之間互相影響，高溫、高速、高負(fù)荷、強(qiáng)振動(dòng)等因素都有可能引起電氣附件線路產(chǎn)生故障，線路的絕緣層損壞是多種因素共同作用的結(jié)果。電氣線路的絕緣故障有以下兩種特點(diǎn)：（1）線路集中，線路間擠壓、摩擦等造成線路絕緣層損壞；（2）大面積的化學(xué)腐蝕、高溫、高壓等條件下引起線路老化，提前對(duì)線路進(jìn)行測(cè)量可有效減少該類故障所引起的事故。

造成電氣附件線路絕緣層腐蝕老化的原因主要有以下四種：（1）機(jī)械老化；（2）化學(xué)腐蝕；（3）熱老化；（4）電老化。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件線路絕緣故障種類

波音公司的標(biāo)準(zhǔn)線路施工手冊(cè)和空客公司的電器標(biāo)準(zhǔn)線路施工手冊(cè)都對(duì)所有相關(guān)的電氣附件的絕緣電阻最小值和電壓值做了相應(yīng)的數(shù)值要求。通過查詢PW4000系列某一型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)線路施工手冊(cè)，30多種電氣附件涉及127處測(cè)量點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)了這些絕緣測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量方式，結(jié)果如表1。

表1 電氣附件數(shù)量及絕緣測(cè)量方法

通過分析該表，得到了兩種發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件絕緣測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量方式：第一種是同一個(gè)電氣附件的不同測(cè)量點(diǎn)之間的測(cè)量方式，即Pin/Pin方式；第二種是同一個(gè)電氣附件的測(cè)量點(diǎn)與地面之間的測(cè)量方式，即Pin/Gnd方式。

（1）Pin/Pin（層間）絕緣故障。航空發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件數(shù)量極多，電氣附件線路分布緊密，兩束距離很近的導(dǎo)線如果出現(xiàn)線路絕緣層老化，并且沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障，則線路之間容易產(chǎn)生電弧，容易引發(fā)火災(zāi)，若該線路出現(xiàn)在油箱附近，則會(huì)引起爆炸事故，危害極大。

（2）Pin/Gnd（對(duì)地）絕緣故障。電氣附件線路的絕緣層老化時(shí)，導(dǎo)線對(duì)地的絕緣電阻就會(huì)減小，有可能引起電壓擊穿，回流過大，使得線路絕緣層被燒焦，對(duì)飛行安全造成極大危害。

3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件線路絕緣故障仿真

為了更有效地保證飛機(jī)的飛行安全，我們要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件線路絕緣故障進(jìn)行預(yù)防，在此對(duì)上述電氣附件中的線圈兩種絕緣故障進(jìn)行仿真，分析電氣附件的絕緣性能的好壞對(duì)系統(tǒng)的影響。

3.1 電氣附件對(duì)地絕緣故障仿真

在電氣附件的絕緣介質(zhì)發(fā)生老化的過程中，產(chǎn)生絕緣故障的地方對(duì)地電容是隨著絕緣老化程度的不斷加深而逐漸增大，對(duì)地的絕緣電阻是隨著絕緣老化程度的不斷加深而逐漸減小的。

定義在航空發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件絕緣介質(zhì)中某一處出現(xiàn)絕緣老化現(xiàn)象，當(dāng)此處的等效絕緣電阻Ro、等效絕緣電容Co的值不斷變化時(shí)，測(cè)出等效絕緣電阻Ro與接地線之間的電壓，可以得到等效絕緣電阻Ro與絕緣處電壓Uo之間的關(guān)系。通過固定等效絕緣電容Co的值，不斷改變線圈對(duì)地的等效絕緣電阻模擬傳感器線圈絕緣性故障，可以得到絕緣處電壓與等效絕緣阻值變化的關(guān)系，測(cè)試電路的原理圖如圖1所示[1]。

當(dāng)絕緣故障處的等效電容Co取一系列固定值時(shí)，通過不斷的改變線圈對(duì)地的阻值模擬絕緣性能變化過程，可以得到絕緣故障處電壓Uo隨絕緣介質(zhì)對(duì)地絕緣阻值Ro變化的關(guān)系如圖2所示。

從圖2中可以看出，當(dāng)絕緣故障處的電容Co分別取不同值時(shí)，隨著絕緣電阻Ro的不斷減小，絕緣故障處的電壓Uo存在著明顯的過度變化，在圖中的拐點(diǎn)之前，絕緣故障處的電壓Uo隨著等效絕緣電阻Ro的減小幾乎沒有任何變化，而在等效絕緣電阻Ro的值繼續(xù)變小出現(xiàn)在拐點(diǎn)之后，絕緣故障處的電壓Uo隨著等效絕緣電阻Ro的減小直線上升。從圖中可以看出，拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的等效絕緣電阻最小值R'可以看作判斷絕緣電阻性能好壞的標(biāo)志，當(dāng)?shù)刃Ы^緣電阻值大于R'時(shí)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件的絕緣性能良好，當(dāng)?shù)刃Ы^緣電阻值小于R'時(shí)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件的絕緣性能出現(xiàn)故障。在等效絕緣電阻小于R'并持續(xù)減小時(shí)，可以看到對(duì)地電壓值直線上升，發(fā)生了電壓擊穿現(xiàn)象。在飛機(jī)附件維修手冊(cè)中對(duì)每一個(gè)電氣附件的等效絕緣最小值R'都給出了詳細(xì)的值。

3.2 電氣附件層間絕緣故障仿真

航空發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在高溫、潮濕、震動(dòng)等十分惡劣的環(huán)境中，在電磁、電場(chǎng)、機(jī)械、化學(xué)等外因的作用下，電氣附件中線圈的絕緣層十分容易發(fā)生損壞，絕緣層損壞導(dǎo)致兩個(gè)線圈之間會(huì)出現(xiàn)金屬導(dǎo)體裸漏，造成兩者之間的氣體間隙被擊穿，發(fā)生電弧現(xiàn)象。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部一般使用的是幅值為115V、頻率為400Hz的交流電，在線圈發(fā)生絕緣磨損后，將兩線圈之間的絕緣值等效為Z，由此電弧故障的簡(jiǎn)化等效電路圖如圖3所示[2]。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件中線圈的絕緣層磨損十分嚴(yán)重時(shí)，層間絕緣故障基本上相當(dāng)于短路，取極端情況下等效絕緣電阻R的阻值，即等效絕緣電阻R趨向于零，得到電流的變化如圖4所示。

在發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件中的線圈絕緣正常沒有層間絕緣故障時(shí)，等效絕緣電阻R在兆歐的級(jí)別，取極端情況下等效絕緣電阻R的阻值，即等效絕緣電阻R趨向于無窮大，電流的變化如圖5所示。

通過不斷減小等效絕緣電阻R的阻值，即R從無窮大不斷減小到0，仿真兩個(gè)線圈之間絕緣老化現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，兩個(gè)線圈之間的電流與等效絕緣電阻R之間的關(guān)系如圖6所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)電氣附件線路的絕緣性性進(jìn)行了介紹，分析了各類故障產(chǎn)生的原理，為日后故障檢測(cè)方法的研究與技術(shù)層面上的改善打下了基礎(chǔ)。通過研究關(guān)于民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)電氣線路絕緣性問題的大量資料，并將其按原理進(jìn)行了分類，建立了故障模型，通過對(duì)模型的仿真，研究了有關(guān)電氣附件線路絕緣故障問題，希望對(duì)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的維修效率和保障民航客機(jī)的安全有所幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]彭文輝，鄭鈞.高精度多路絕緣檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量術(shù)，2002，33（4）：19-21.

[2]周偉.航空電氣系統(tǒng)中故障電弧的分析[J].科技與創(chuàng)新，2014，32（7）：63-65.

作者簡(jiǎn)介：任中杰（1996-），男，漢族，湖北，中國(guó)民航大學(xué)電子信息與自動(dòng)化學(xué)院，本科，電氣工程及其自動(dòng)化。