军用飞机电源系统故障规律分析及维修策略探究-【浩博电池】

本文通过对近几年来多型飞机电源系统故障的统计分析，总结出一些故障高发点，进而对这些高发点的同类型故障进行探究，研究其随工作时间、温度等的变化规律及失效特征，以期在维修层面实现预先处理，确保飞机状态。

故障背景

通过对多型军用飞机近几年电源系统400余起故障分析可以发现，新机故障主要集中在配电系统、二次电源、导线以及发电机等电机类部件；老旧飞机故障主要集中在发电机、起动机及二次电源。因此本文主要针对电机类及配电类典型故障进行研究。

典型故障分析

2.1

电机类故障

结合自身属性及故障特点，将飞机的发电机、起动机、旋转变流机故障统称为电机类故障。

2.1.1 故障现象

电机类故障可分为电器故障和机械故障两种类型。电器方面的主要故障现象有缺相、无输出、输出电压波动等。机械方面的主要故障现象有振动、轴承过热、转子扫膛、运转声音异常等。

起动机类主要故障现象为起动机不转、起动机运转缓慢无力、带动发动机困难或接通起动开关后起动机只有“咔嗒”一声并不转动、起动机空转（离合器打滑）等。

2.1.2 失效前征兆

就目前阶段而言，在日常机务维修保障过程中，所遇到的发电机主要失效原因为缺相、发电机无输出和轴承磨损，部分发电机在失效前几个小时会出现电压、电流数据有异常波动，油冷发电机出现油液污染、油滤堵塞信号。通常通过长期监测相关数据（油液相关金属含量）的变化可以判断其故障的发展趋势。

2.1.3 故障原因分析

1）发电机故障原因分析

● 由于外部短路引起的定子绕组过流：温度升高，绝缘老化；

● 符合超过发电机额定容量而引起的三相对称超负荷：温度升高，绝缘老化；

● 由于外部不对称短路或不对称负荷而引起的发电机负序过电流或过负荷：在转子中感应出倍频电流，可使转子局部灼伤或者保护环受热松脱，引起发电机振动；

● 由于励磁回路故障或强磁时间过长而引起的转子绕组过负荷。

2）起动机故障原因分析

起动机不转时，判断故障在起动机还是继电器，可以用导线短接起动机上的励磁接线柱。如果能够起动，则故障在继电器；如果不能起动，则故障在起动机；如果起动机运转无力，则应该重点检查起动电压、导线连接情况等。此外，在22项起动机故障中，起动发电机占14项，占比63.6%，这类故障多在定检过程中发现，主要的故障原因为电刷高度不够或电刷出现偏磨，电刷磨损的碳粉在电机内部无法吹除导致绝缘值不符合要求。

2.1.4 预防措施

1）发电机类

● 针对电器原因引发的发电机类故障，在进行拆装、日常检查维护过程中，要注意励磁线、电源线等与发动机附件、发动机蒙皮等的间隙，防止在振动过程中产生磨损；

● 对于风冷发电机定检加注润滑脂时，需关注润滑脂储存状态，判断润滑脂是否存在污染，同时，加注新润滑脂的过程中需检查使用后的润滑脂是否能够正常排出；

● 针对油冷和风冷发电机电枢过热、轴承过热等可能出现的问题，可通过对地面散热不良使用环境过程中对大功率带载时间的控制予以解决，同时在油冷发电机维护过程中严格控制润滑油的加注量，防止散热不良的问题。

2）起动机类

通过对某系列发动机配装的发电机进行长期统计，考虑到人为因素以及各台发动机在地面试车时间的不同，综合分析发现随着发动机改型功率的升高，相同的发电机的电刷磨损量增加。通过结合其他飞机上有刷电机正常工作时间的电刷磨损量统计分析，初期由于压紧力的不同，磨损量相对较大，后期趋于平稳，有刷电机电刷磨损量平均在工作每100小时1mm左右。因此，在日常工作中完成一定数据积累后，可根据实际测量及维修指标，结合该型电刷的损耗量，预判下一个工作周期的工作状态，如图1所示，将定期维修方案的工作变成根据电刷磨损曲线制定视情维修方案。

2.2

配电类故障

对新机而言，故障占比最高的为配电类故障，约为31.9%。配电类故障又可分为两部分，一部分是与老旧飞机相似的开关接触器类故障，一种为负载管理和SSPC配电故障。

2.2.1 故障现象

1) 接触器故障现象

● 触点虚接：此种故障现象发生概率较低，且一般检查时很难发现，其故障后果相对来说也比较严重，所以在日常维修过程中应注意这方面的识别和预防；

● 触点粘连：在电感负载电路中，触点磨损过快或火花太大导致磨损过快或粘连；

● 触点无法吸合：线圈故障导致触点无法吸合。

2) SSPC配电故障现象

在日常维护工作中，遇到的继电器类故障主要有继电器无法断开和继电器无法吸合两种，最直观的表现就是负载无法断开或者无法接通，SSPC配电故障现象主要有关闭后负载带电、负载异常保护和虚警三种。

2.2.2 故障前失效特征

对于继电器性能退化无法正常吸合，在接通过程中会出现“哒哒”声，或者工作过程中突然断开，对于粘连故障，在故障前期主要表现形式为负载阶段性无法正常断开。

针对SSPC故障，负载正常工作时输出波形见图2、图3。

图2（左）容性负载下的正常开通波形

图3（右）感性负载下的正常关断波形

容性负载下的正常开通波形如图2所示。此波形是在额定负载和347μF的电容并联情况下所得。在容性负载下工作时，在开通瞬间电流有一冲击，冲击具体倍数随容性负载的不同而不同。在一般情况下，最高冲击倍数可达6倍多，冲击时间为250μs左右。

感性负载下的正常关断波形如图3所示。此波形是在额定负载和3.2mH的电感串联情况下所得。感性负载正常关断时，在MOS管两端会有短时间的尖峰电压产生，冲击具体倍数随感性负载的不同而不同。一般情况下，最高冲击电压设计在MOS管最大电压以下，冲击时间为250μs左右。

2.2.3 故障原因分析

1) 继电器故障原因分析

继电器工作原理如图4所示，由图可知，任何部分故障都有可能导致继电器故障，按照机理分析，将继电器故障分为电磁系统的故障和转换、返回系统中的故障两部分。

图4 继电器控制原理图

2) SSPC配电故障原因分析

SSPC故障主要是因MOS管的个体缺陷导致击穿或者参数漂移造成保护门限制降低，在负载正常工作过程中进行保护。

2.2.4 预防措施

针对继电器类故障的预防，提出在日常维护及结构、线缆贯改过程中，对盘箱类部件应做好防护，防止灰尘、金属屑等通过散热网进入产品内部污染触头；

老旧机型在自主更换继电器过程中除了注意触点的污染外，还应确保安装稳固。

总结及运用

本文通过从新飞机和老旧飞机两个维度对400余起故障进行统计分析，总结出了新机故障主要集中在配电系统、二次电源、导线以及发电机等电机类部件；老旧飞机故障主要集中在发电机、起动机及二次电源的故障规律，针对故障特点进行研究，从故障机理进行分析，制定相应的维修策略及预防性维修措施，对后续的维修保障具有很好的借鉴意义。

3.1

维修手段的应用

1）性能退化趋势的预判

针对一些退化特征随时间变化较为明显的特征量（如碳刷高度），可在结合其长期工作的基础上，评判其固定时间磨损量，预判其下个工作周期的状态，针对剩余量不足以保证下个周期工作状态的，适时进行处理。

2）老旧飞机线缆的预防评估

针对航空电缆导线比较细，绝缘层比较薄，难以进行试验和弯曲实验的特点，选择测量导线的绝缘电阻、泄漏电流、电容变化、介质损耗等电参量研究绝缘材料的老化规律，从而对其失效趋势进行评估，后期将结合老旧飞机的延寿进行针对性评估。

3）多方式开展故障的诊断与识别

针对SSPC类故障，之前的故障隔离方式难以有效进行故障诊断，在故障判断过程中可利用示波器采取监测其输出电流（电压）信号的方式，对故障原因进行识别，对保护原因进行分析，便于故障的排除。

3.2

维修理念的展望

1）定周期到变周期的探索

通过对试飞数据可靠性分析，建立测试数据与飞参数据相结合的试飞数据库，探索试飞科目对飞机结构及系统的影响，建立基于系统基线的变周期工作评估体系。