■ 劉宗福/中國(guó)民用航空飛行學(xué)院洛陽分院

關(guān)鍵字：SR20；電源系統(tǒng)；故障；排故

1 SR20 飛機(jī)電源系統(tǒng)

1.1 概述

SR20 飛機(jī)是美國(guó)西銳公司生產(chǎn)的單發(fā)機(jī)型，裝配了先進(jìn)的PERSPECTIVE航電系統(tǒng)和增加座艙舒適性的空調(diào)系統(tǒng)。飛機(jī)電源系統(tǒng)是保證飛行安全的重要系統(tǒng)，為整架飛機(jī)的飛行操縱控制、通信、導(dǎo)航及發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)控制和顯示等提供可靠的電能。由于西銳公司生產(chǎn)飛機(jī)的時(shí)間和飛機(jī)序列號(hào)不同，SR20 飛機(jī)電源系統(tǒng)也有很大的差異。本文介紹的是洛陽分院運(yùn)行的SR20 飛機(jī)電源系統(tǒng)，針對(duì)平時(shí)使用和維護(hù)中出現(xiàn)的一般故障進(jìn)行分析。

1.2 SR20 飛機(jī)電源系統(tǒng)及組成

SR20 飛機(jī)電源系統(tǒng)采用28V 直流電源，直流電源的優(yōu)點(diǎn)包括：便于存儲(chǔ)；在飛機(jī)失去電源后機(jī)載電瓶能保證飛機(jī)安全著陸；供電系統(tǒng)簡(jiǎn)單；低壓直流對(duì)人員和設(shè)備較安全；直流電機(jī)啟動(dòng)力矩較大等，對(duì)小型活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的順利啟動(dòng)比較有利。

SR20 飛機(jī)電源系統(tǒng)包括直流電源設(shè)備、控制和保護(hù)裝置以及配電網(wǎng)絡(luò)。電源設(shè)備包含一個(gè)主電瓶、一個(gè)備用電瓶、一臺(tái)1 號(hào)發(fā)電機(jī)、一臺(tái)2 號(hào)發(fā)電機(jī)，控制和保護(hù)裝置由MCU（主控制單元）和斷路器面板組成。MCU 中包括兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)器、外部電源繼電器、1 號(hào)電瓶繼電器、啟動(dòng)繼電器、著陸燈繼電器、主分配匯流條1、主分配匯流條2 和重要匯流條以及15 根保險(xiǎn)絲等。電源系統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)圖如圖1 所示。

1.3 電源系統(tǒng)各組成部分介紹

主電瓶是一個(gè)閥控式鉛酸電瓶，由CONCORDE 公司生產(chǎn)。電瓶?jī)?nèi)部由12 個(gè)小的單芯組成，提供24V 電壓，容量為10Ah。安裝于飛機(jī)防火墻右側(cè)上方，為飛機(jī)地面通電測(cè)試、發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、1 號(hào)發(fā)電機(jī)正常工作提供電能。在1 號(hào)、2 號(hào)發(fā)電機(jī)都失效的情況下，能保證給飛機(jī)上重要儀表和設(shè)備供電至少30min。

備用電瓶是由兩個(gè)串聯(lián)在一起的密封可充電鉛酸電瓶組成，由GENESIS公司生產(chǎn)。單個(gè)電瓶提供12V、7Ah容量，兩個(gè)密封鉛酸電瓶串聯(lián)提供24V 電壓、14Ah 容量。安裝于飛機(jī)的尾艙。根據(jù)維修方案，備用電瓶的時(shí)壽為裝機(jī)飛行500H，每?jī)赡旮鼡Q一次，維護(hù)手冊(cè)給出在其壽命期間不需要檢查電解液比重或添加蒸餾水。備用電瓶由一個(gè)單獨(dú)的開關(guān)控制，不受主電瓶故障影響，在所有電源都失效的情況下，備用電瓶可以向重要匯流條供電，通過重要匯流條向儀表背景燈、備用高度表、PFD(主飛行顯示器)、備用姿態(tài)儀、失速警告等系統(tǒng)供電。

1號(hào)發(fā)電機(jī)是一臺(tái)三相交流發(fā)電機(jī)，固定在發(fā)動(dòng)機(jī)左前側(cè)，由皮帶驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過發(fā)電機(jī)內(nèi)部整流器和MCU 內(nèi)部上部調(diào)壓器控制輸出28V、75A。1 號(hào)發(fā)電機(jī)是一臺(tái)自勵(lì)式發(fā)電機(jī)，不能自啟動(dòng)，其正常發(fā)電需要主電瓶為其提供初始勵(lì)磁電流。主發(fā)電機(jī)有足夠的能力為整個(gè)飛機(jī)系統(tǒng)供電，這其中有SR20 飛機(jī)的大功率負(fù)載空調(diào)系統(tǒng)和著陸燈，并在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)為主電瓶充電。

圖1 電源系統(tǒng)配電圖

2 號(hào)發(fā)電機(jī)也是一臺(tái)三相交流發(fā)電機(jī)，安裝于發(fā)動(dòng)機(jī)后部的附件齒輪箱上，由齒輪驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過發(fā)電機(jī)內(nèi)部整流器和MCU 內(nèi)部下部調(diào)壓器控制輸出28.75V、40A。它也是一臺(tái)自勵(lì)式發(fā)電機(jī)，不能自啟動(dòng)，只需要主電瓶或者1 號(hào)發(fā)電機(jī)正常工作便能為其提供初始勵(lì)磁電流，保證2 號(hào)發(fā)電機(jī)正常發(fā)電。

控制和保護(hù)裝置集中位于飛機(jī)防火墻上左側(cè)的MCU 內(nèi)及左側(cè)駕駛艙的斷路器面板上。MCU 內(nèi)部由兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的調(diào)壓器、外部電源繼電器、1 號(hào)電瓶繼電器、啟動(dòng)繼電器、著陸燈繼電器、主分配匯流條1、主分配匯流條2 和重要匯流條以及15 根規(guī)格不同保險(xiǎn)絲等組成，控制著整個(gè)飛機(jī)的電源系統(tǒng)。

2 電源系統(tǒng)的故障及分析

2.1 電源系統(tǒng)的故障統(tǒng)計(jì)

洛陽分院從2012 年左右開始引進(jìn)SR20 飛機(jī)，共40 余架，作為飛行訓(xùn)練的初教機(jī)使用。從引進(jìn)至今的飛機(jī)各系統(tǒng)故障率統(tǒng)計(jì)（見表1）可以看出，電源系統(tǒng)是該型飛機(jī)故障率最高的系統(tǒng)，占比達(dá)10.45%。

圖2 所示為對(duì)電源系統(tǒng)各組件的故障統(tǒng)計(jì)，其中，主電瓶故障占比為31.1%，備用電瓶為0.80%，1 號(hào)發(fā)電機(jī)為20.4%，2 號(hào)發(fā)電機(jī)為43.5%，MCU為4.04%。故障率較高的部件主要是2號(hào)發(fā)電機(jī)、主電瓶及1 號(hào)發(fā)電機(jī)。下面依次對(duì)這些部件的故障進(jìn)行分析和討論。

2.2 2 號(hào)發(fā)電機(jī)

2 號(hào)發(fā)電機(jī)主要故障現(xiàn)象有：發(fā)電機(jī)輸出電壓偏高；發(fā)電機(jī)輸出電壓偏低；發(fā)電機(jī)跳開關(guān)跳起；發(fā)電機(jī)電流指示異常；發(fā)電機(jī)不工作；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速在1700 轉(zhuǎn)以上不發(fā)電等。通過排故發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致上述故障的原因是2 號(hào)發(fā)電機(jī)的調(diào)壓器故障和發(fā)電機(jī)耦合器力矩值偏低。另外，發(fā)電機(jī)不發(fā)電也有其自身故障的原因，對(duì)故障發(fā)電機(jī)的送檢情況進(jìn)行追蹤，多次在發(fā)電機(jī)分解檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)后軸承X-4130 油脂溢出至滑環(huán)表面，造成電刷ES4118 和滑環(huán)之間接觸不良，加快了電刷的磨損，從而造成故障。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此類故障出現(xiàn)的頻次最高，其他故障包括整流二極管（整流器）盤損壞、二極管損壞、二極管根部斷裂、定子線圈燒壞、油封滲漏等。發(fā)電機(jī)檢修及翻修屬于部附件維修工作，必須由有資質(zhì)的單位及持照人員實(shí)施維修，機(jī)務(wù)人員只能采取更換發(fā)電機(jī)的排故措施。

表1 系統(tǒng)故障統(tǒng)計(jì)表

2.3 主電瓶

主電瓶故障率僅次于2 號(hào)發(fā)電機(jī)，故障現(xiàn)象包括：MFD（多功能顯示）顯示電壓低；地面MFD 不工作，襟翼無法收放；飛機(jī)啟動(dòng)困難或者無法啟動(dòng)；啟動(dòng)時(shí)MFD 黑屏，起動(dòng)機(jī)不工作等。故障原因在于主電瓶本身的電壓偏低，不能為用電設(shè)備正常工作提供充足的電能。有的電瓶出現(xiàn)接線樁變形松動(dòng)和裂紋，這是由于安裝電瓶時(shí)的安裝力矩過大所致。其他故障現(xiàn)象還包括啟動(dòng)時(shí)電瓶?jī)?nèi)部燒蝕冒煙和飛行中MFD 出現(xiàn)斷電。檢查發(fā)現(xiàn)，前者是由于電瓶?jī)?nèi)部出現(xiàn)故障，后者是因?yàn)镸CU 內(nèi)部繼電器與電瓶、起動(dòng)機(jī)線路粘接，造成線路短路。

2.4 1 號(hào)發(fā)電機(jī)

1 號(hào)發(fā)電機(jī)的故障現(xiàn)象包括：發(fā)電機(jī)不工作或出現(xiàn)警告；發(fā)電機(jī)跳開關(guān)跳起；發(fā)電機(jī)無勵(lì)磁輸入；發(fā)動(dòng)機(jī)指示擺動(dòng)和通信有干擾等。排故發(fā)現(xiàn)故障原因是1 號(hào)發(fā)電機(jī)的調(diào)壓器故障，而調(diào)壓器的故障包括其本身故障或出現(xiàn)短路、接觸不良和燒蝕造成發(fā)動(dòng)機(jī)指示和通信干擾。1 號(hào)發(fā)電機(jī)不工作，輸出電壓低，打開空調(diào)時(shí)，出現(xiàn)ALT1（發(fā)電機(jī)警告），排故發(fā)現(xiàn)這是由于驅(qū)動(dòng)1 號(hào)發(fā)電機(jī)的皮帶張力不夠，通過調(diào)整皮帶張力或者更換新的皮帶即可排除故障。

2.5 備用電瓶

圖2 電源系統(tǒng)各組件故障占比

備用電瓶的故障為電壓低，主要原因是備用電瓶前期的庫存時(shí)間過長(zhǎng)或地面過度放電所致，可采取直接更換電瓶的方式來排除故障。

2.6 MCU 和斷路器

MCU 的故障表現(xiàn)為1 號(hào)發(fā)電機(jī)正常工作時(shí)主電瓶顯示放電狀態(tài)，這是由于安裝在MCU 內(nèi)部的電流傳感器故障導(dǎo)致。其他故障包括主電瓶電流經(jīng)常處于黃區(qū)且大幅度變化、2 號(hào)發(fā)電機(jī)電流指示異常、ALT1 指示打紅叉、主電瓶開關(guān)無法接通、著陸燈不工作等，原因是MCU 內(nèi)部的相應(yīng)部件出現(xiàn)故障，而廠家不允許單獨(dú)更換這些部件，因此排故措施只能是更換MCU。

3 總結(jié)

因裝配了先進(jìn)的PERSPECTIVE 航電系統(tǒng)和增加座艙舒適性的空調(diào)系統(tǒng)，使SR20 飛機(jī)整個(gè)電源系統(tǒng)比其他小型單發(fā)飛機(jī)相對(duì)復(fù)雜，由此需要電源系統(tǒng)能夠提供可靠的、充足的電能。本文在對(duì)SR20 飛機(jī)電源系統(tǒng)進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，針對(duì)已有的故障統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析，總結(jié)了頻率較高故障的排故措施，可為從事該機(jī)型維護(hù)工作的人員提供參 考。