張慧康 王志良

摘要：通過(guò)對(duì)A350飛機(jī)EHA作動(dòng)器的控制原理進(jìn)行分析，結(jié)合空客飛機(jī)故障隔離理論和TFU技術(shù)跟蹤數(shù)據(jù)，探討相關(guān)故障的處置方案，以快速定位和排除故障。

關(guān)鍵詞：EHA故障；A350飛機(jī)；飛控系統(tǒng)；可靠性分析；排故流程圖

Keywords：EHA fault；A350 aircraft；flight control system；reliability analysis；troubleshooting flow chart

0 引言

空客公司在新型寬體客機(jī)飛控舵面?zhèn)溆每刂品矫嬉肓斯β蕚鲃?dòng)作動(dòng)系統(tǒng)。通過(guò)電導(dǎo)線以電能量的方式傳輸，使作動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間發(fā)生功率傳輸。電作動(dòng)技術(shù)即采用功率電傳作動(dòng)技術(shù)替代傳統(tǒng)的液壓伺服作動(dòng)技術(shù)。

在飛控應(yīng)用方面，電能系統(tǒng)要比液壓系統(tǒng)更具優(yōu)勢(shì)，電能系統(tǒng)減少了傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)部件的重量和全機(jī)的液壓管路分布，提高了飛機(jī)可操縱靈敏度，增加了系統(tǒng)穩(wěn)定性、飛機(jī)可維護(hù)性和安全性。

1 EHA與傳統(tǒng)伺服作動(dòng)器的比較

A350飛機(jī)飛控驅(qū)動(dòng)部分采用了雙體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即伺服液壓驅(qū)動(dòng)和功率電傳，稱為“2H/2E”體系結(jié)構(gòu)。2H是兩個(gè)獨(dú)立且分離的液壓系統(tǒng)，2E使用電靜液作動(dòng)器（EHA）和電備份液壓作動(dòng)器（EBHA）兩種電功率作動(dòng)器，EHA用于內(nèi)側(cè)副翼、升降舵以及方向舵的備用控制，EBHA僅用于第5號(hào)擾流板備份控制，如圖1所示。

傳統(tǒng)伺服作動(dòng)器由作動(dòng)筒、液壓伺服活門(mén)、模式選擇活門(mén)和傳感器組成，從飛機(jī)液壓系統(tǒng)獲取能量，高壓液壓油通向液壓作動(dòng)筒驅(qū)動(dòng)工作。

電靜液作動(dòng)器（EHA）采用了一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，配置自動(dòng)充壓的自帶儲(chǔ)壓器，從機(jī)載電源網(wǎng)絡(luò)獲取能量電力作動(dòng)，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)液壓泵轉(zhuǎn)動(dòng)直接為液壓作動(dòng)筒提供高壓液壓油。

電動(dòng)備份液壓作動(dòng)器（EBHA）由一套傳統(tǒng)的電液伺服作動(dòng)器和一套EHA結(jié)合而成，含有兩個(gè)獨(dú)立的能源，即傳統(tǒng)的集中液壓源和EHA所需的電源，通過(guò)模式切換獨(dú)立地使用液壓或電力作動(dòng)。

EHA由電力驅(qū)動(dòng)和控制，根據(jù)計(jì)算機(jī)的指令信號(hào)，由電力驅(qū)動(dòng)電控單元模塊控制作動(dòng)器電動(dòng)泵的旋轉(zhuǎn)，對(duì)蓄油池中的液壓油加壓，并通過(guò)控制電動(dòng)泵的旋轉(zhuǎn)方向控制作動(dòng)器的伸出和收回，進(jìn)而控制舵面。

2 EHA控制系統(tǒng)組成及工作原理

EHA作為液壓備用系統(tǒng)，采用電驅(qū)動(dòng)模式，僅用于內(nèi)側(cè)副翼、升降舵以及方向舵的備用控制，這些舵面配置了傳統(tǒng)伺服作動(dòng)器和EHA。正常情況下，舵面由傳統(tǒng)伺服作動(dòng)器作動(dòng)，EHA工作在阻尼模式，當(dāng)傳統(tǒng)伺服作動(dòng)器異常時(shí)，EHA接管驅(qū)動(dòng)舵面作動(dòng)。

如圖2所示，EHA的控制功能由飛控計(jì)算機(jī)控制的大閉環(huán)系統(tǒng)和本地電控單元模塊（EM）控制的小閉環(huán)系統(tǒng)完成。

在大閉環(huán)系統(tǒng)中，PRIM（主飛控計(jì)算機(jī)）和SEC（次飛控計(jì)算機(jī)）作為飛控系統(tǒng)控制中心，負(fù)責(zé)控制指令計(jì)算（COM）和系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)控（MON）。接收來(lái)自駕駛艙側(cè)桿、腳蹬或自動(dòng)飛行系統(tǒng)的控制指令，與飛機(jī)實(shí)際的姿態(tài)信息進(jìn)行比較，計(jì)算出舵面偏轉(zhuǎn)指令，用于輸出控制。

EHA是電動(dòng)靜液伺服系統(tǒng)，EHA作動(dòng)器本體由電機(jī)、電控單元模塊、液壓泵、自帶液壓油箱儲(chǔ)壓器、模式選擇活門(mén)和液壓作動(dòng)器組成，采用電機(jī)、液壓泵一體化結(jié)構(gòu)的集成設(shè)計(jì)制造。在小閉環(huán)系統(tǒng)中，EM接收飛控計(jì)算機(jī)的指令，控制電動(dòng)機(jī)、液壓泵和選擇活門(mén)工作驅(qū)動(dòng)液壓作動(dòng)器，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn)。在偏轉(zhuǎn)的同時(shí)，接收來(lái)自作動(dòng)器連桿位置傳感器（LVDT）和舵面偏轉(zhuǎn)位置傳感器（RVDT）的反饋信號(hào)，用于閉環(huán)控制。

此外，EM完成儲(chǔ)壓器液面和EHA工作狀態(tài)的監(jiān)控，并將這些信號(hào)發(fā)送回飛控計(jì)算機(jī)。

3 基于故障樹(shù)診斷方案的EHA可靠性分析

故障樹(shù)診斷方案是一種由上往下的演繹式失效分析法，下文將利用故障樹(shù)分析結(jié)構(gòu)函數(shù)，統(tǒng)計(jì)子事件對(duì)頂事件發(fā)生的影響比重。

根據(jù)可靠性網(wǎng)站統(tǒng)計(jì)2011年至2021年間A380和A350在升降舵、副翼、方向舵飛控系統(tǒng)的相關(guān)EHA故障數(shù)據(jù)，EHA真實(shí)故障共有42起，具體如表1所示（以統(tǒng)計(jì)了部件更換歷史的故障數(shù)據(jù)為準(zhǔn)）。

從表1可以看出，EM故障多達(dá)21起，占比50%；EHA故障為11起，占比26.2%；其他故障10起，占比23.8%。由此，構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)易故障樹(shù)：在電作動(dòng)EHA系統(tǒng)中，EM的故障率較高，其次是EHA作動(dòng)筒本體故障，再次是其他相關(guān)部件。

4 廠家技術(shù)分析類(lèi)文件數(shù)據(jù)

通過(guò)查詢空客公司發(fā)布的TFU（技術(shù)追蹤），關(guān)于A350飛機(jī)EHA相關(guān)的故障共有8份TFU，包括EHA的LVDT/RVDT傳感器信號(hào)不一致故障、EHA儲(chǔ)壓器頁(yè)面低故障、PRIM、SEC以及EM之間的耦合信號(hào)故障、馬達(dá)溫度傳感器故障等幾種常見(jiàn)故障及特殊故障。其中，多份TFU將EM故障作為優(yōu)先考慮，如EHA的LVDT/RVDT傳感器信號(hào)不一致的最終調(diào)查結(jié)果即是由于EM電路板的焊點(diǎn)發(fā)生裂紋，導(dǎo)致信號(hào)采集出現(xiàn)問(wèn)題；而信號(hào)耦合問(wèn)題給出的維護(hù)建議也是優(yōu)先考慮EM故障。EHA馬達(dá)溫度傳感器、活門(mén)等都不是航線可更換組件，可歸結(jié)為EHA本體故障。對(duì)于EHA儲(chǔ)壓器液面低，若檢查無(wú)滲漏，可通過(guò)在OMT（機(jī)載維護(hù)終端）上測(cè)試進(jìn)行地面補(bǔ)充。

5 基于空客故障隔離理論的故障解決方案

依據(jù)空客公司故障隔離程序，結(jié)合廠家TFU維護(hù)經(jīng)驗(yàn)以及可靠性數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，總結(jié)出一套相對(duì)完善的EHA故障處置方案。

1）步驟1：觀察現(xiàn)象和獲取信息

以A350飛控副翼系統(tǒng)EHA故障為例，故障發(fā)生后產(chǎn)生的駕駛艙效應(yīng)是DM放行信息F/CTL INR AILERON ELEC ACTUATOR，判斷為飛控系統(tǒng)-內(nèi)側(cè)副翼電作動(dòng)器故障。通過(guò)查看放行手冊(cè)MEL確定此故障為不可放行故障（NOGO故障），飛機(jī)維護(hù)人員需要對(duì)飛機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理。

由機(jī)上維護(hù)筆記本（OMT）查看航后報(bào)告（PFR）或當(dāng)前ECAM警告頁(yè)面，獲取其維護(hù)信息對(duì)應(yīng)的故障代碼和維護(hù)信息。

2）步驟2：故障確認(rèn)和故障隔離

路徑一：首先考慮是儲(chǔ)壓器液面低故障，判斷是否有滲漏而需更換滲漏部件或需要OMT進(jìn)入測(cè)試頁(yè)人工補(bǔ)油。

路徑二：參考故障隔離手冊(cè)（AFI）進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位來(lái)消除虛假警告，并對(duì)核心計(jì)算機(jī)進(jìn)行自測(cè)試以進(jìn)一步確認(rèn)故障，定位相應(yīng)的隔離程序。依據(jù)操作程序，建議依照EM-傳感器-EHA作動(dòng)器-其他部件的順序逐一進(jìn)行判斷。

具體可參考圖3所示的故障隔離流程圖。

6 總結(jié)

與液壓作動(dòng)相比，電作動(dòng)技術(shù)具有功率傳輸方便、重量大大減輕、安全可靠無(wú)污染、易于進(jìn)行故障診斷和健康管理、系統(tǒng)余度增加、可維護(hù)性高等特點(diǎn)。功率電傳作動(dòng)技術(shù)（Power by Wire，PBW）作為多電飛機(jī)（MEA）的核心技術(shù)，已成為飛機(jī)傳動(dòng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，對(duì)于中國(guó)大飛機(jī)項(xiàng)目飛控系統(tǒng)研究具有借鑒和參考價(jià)值。

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