葉成世 陳林 孫凱革 王桂芳

摘要：采用從系統(tǒng)-產(chǎn)品-器件逐步遞進(jìn)的方法和故障樹分析法，對(duì)一起飛機(jī)防冰系統(tǒng)短時(shí)告警故障進(jìn)行分析，并對(duì)導(dǎo)致故障的繼電器開展了失效分析。從此案例的分析可以看出，很有必要對(duì)繼電器等電氣器件進(jìn)行梳理分類，開展壽命試驗(yàn)及實(shí)際狀態(tài)評(píng)估，增加必要的器件維修和檢測(cè)手段，為改進(jìn)修理模式提供可靠依據(jù)，最大程度地降低飛機(jī)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：防冰；告警信息；繼電器；失效分析

Keywords：anti-icing；warning message；relay；fault analysis

1 故障現(xiàn)象

一架某型飛機(jī)在著陸滑跑過程中出現(xiàn)“進(jìn)氣道結(jié)冰”語音告警信息。地面查看飛參記錄數(shù)據(jù)，在“減速傘放傘”開關(guān)有效后16s的同時(shí)出現(xiàn)“進(jìn)氣道結(jié)冰”和“左發(fā)防冰系統(tǒng)接通”信號(hào)，持續(xù)2s后同時(shí)撤銷。經(jīng)查，當(dāng)時(shí)地面溫度約20℃，理論分析不會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰環(huán)境，結(jié)冰告警情況為虛警。

2 故障原因分析

2.1 系統(tǒng)工作原理分析

結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、防冰系統(tǒng)、NAMP系統(tǒng)電路原理，繪出與故障相關(guān)的電路原理簡圖（見圖1）。

當(dāng)機(jī)上發(fā)動(dòng)機(jī)防冰轉(zhuǎn)換開關(guān)處于“自動(dòng)”位置時(shí)，防冰控制器（5D）上電工作。此時(shí)，如果結(jié)冰傳感器（6D）上結(jié)冰，冰沉積在傳感器振動(dòng)頭上，振動(dòng)頭的剛度提高，導(dǎo)致結(jié)冰傳感器（6D）發(fā)送給防冰控制器（5D）的振蕩頻率增加；當(dāng)振蕩頻率達(dá)到結(jié)冰信號(hào)器靈敏度規(guī)定的冰厚（0.3mm）時(shí)，振蕩頻率增大到6035Hz，防冰控制器（5D）向防冰系統(tǒng)接通繼電器（2D）發(fā)出“防冰”信號(hào)，同時(shí)向結(jié)冰傳感器（6D）發(fā)出“振動(dòng)頭加熱”和“支架加熱”指令信號(hào)。

防冰系統(tǒng)接通繼電器（2D）自接收到“防冰”信號(hào)后工作，將來自飛機(jī)供電系統(tǒng)的+27V信號(hào)中的一路送至NAMP系統(tǒng)和語音告警系統(tǒng)， NAMP系統(tǒng)顯示進(jìn)氣道結(jié)冰信息，語音告警系統(tǒng)發(fā)出“進(jìn)氣道結(jié)冰”語音告警；另一路+27V信號(hào)送至發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)附件，使發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)起動(dòng)防冰工作，并向飛參系統(tǒng)發(fā)出“左發(fā)防冰系統(tǒng)接通”“右發(fā)防冰系統(tǒng)接通”的記錄信號(hào)。

2.2 系統(tǒng)故障樹

從系統(tǒng)工作原理進(jìn)行故障原因分析，建立如圖2所示飛參系統(tǒng)報(bào)“進(jìn)氣道結(jié)冰”和“左發(fā)防冰系統(tǒng)接通”故障樹。從中可以看出：結(jié)冰傳感器故障、防冰控制器故障、動(dòng)力系統(tǒng)1號(hào)繼電器盒故障、飛參系統(tǒng)故障、NAMP系統(tǒng)故障、發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)附件故障、線路故障等都是造成飛參報(bào)“進(jìn)氣道結(jié)冰”和“左發(fā)防冰系統(tǒng)接通”的潛在原因。

外場通過機(jī)上線路檢查、產(chǎn)品串件和試飛驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)更換防冰控制器后，語音系統(tǒng)和飛參系統(tǒng)不再出現(xiàn)“進(jìn)氣道結(jié)冰”和“左發(fā)防冰系統(tǒng)接通”短時(shí)偶發(fā)告警信息。

2.3 防冰控制器故障原理分析

結(jié)合防冰控制器電路原理，繪出與“結(jié)冰”信號(hào)輸出部分相關(guān)的電路原理簡圖（見圖3）。防冰控制器“結(jié)冰”信號(hào)輸出部分主要由J1繼電器控制，前端電路涉及單片機(jī)電路、反相器電路、電子開關(guān)電路等，當(dāng)J1繼電器吸合時(shí)，將結(jié)冰信號(hào)發(fā)送至飛參（NAMP記錄并傳輸）和語音告警；同時(shí)接通發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)電磁閥，開始進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)除冰工作。因此，不排除防冰控制器內(nèi)部J1繼電器以及前端電路在振動(dòng)環(huán)境下出現(xiàn)偶發(fā)故障的可能。

2.4 防冰控制器故障樹

根據(jù)防冰控制器“結(jié)冰”信號(hào)輸出電路，建立如圖4所示的飛參報(bào)“進(jìn)氣道結(jié)冰”和“左發(fā)防冰系統(tǒng)接通”故障樹。從中可以看出：開關(guān)晶體管故障、反相器故障、單片機(jī)故障等都是造成飛參系統(tǒng)報(bào)“進(jìn)氣道結(jié)冰”和“左發(fā)防冰系統(tǒng)接通”的潛在原因，后續(xù)將逐個(gè)驗(yàn)證、排除，以查出對(duì)應(yīng)原因。

為查找故障點(diǎn)，在通電情況下，通過持續(xù)敲擊防冰控制器上繼電器J1殼體方式，對(duì)J1繼電器（JQX-6MT/027-6）進(jìn)行模擬振動(dòng)試驗(yàn)。檢查發(fā)現(xiàn)，在敲擊繼電器殼體過程中，防冰信號(hào)燈出現(xiàn)偶爾閃亮現(xiàn)象，該現(xiàn)象與機(jī)上故障現(xiàn)象完全一致，故障復(fù)現(xiàn)。

2.5 繼電器J1失效分析

1）外觀檢查

為了檢查繼電器J1在安裝、試驗(yàn)、使用等過程中引起的損壞，利用放大鏡對(duì)繼電器進(jìn)行外觀檢查。經(jīng)觀察，未發(fā)現(xiàn)明顯異常情況，繼電器外觀形貌如圖5所示。

2）X射線檢查

為了檢查繼電器J1封裝內(nèi)的缺陷、損傷，對(duì)繼電器進(jìn)行X 射線檢查，經(jīng)觀察，可見繼電器的Pin6動(dòng)簧片已斷裂，如圖6所示。

3）電特性測(cè)試

為了確定繼電器J1的失效特性，鑒別失效模式，對(duì)繼電器進(jìn)行動(dòng)作測(cè)試，并對(duì)繼電器的線圈電阻、動(dòng)作電壓、釋放電壓和觸點(diǎn)接觸電阻等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表1。

由表1數(shù)據(jù)可知，繼電器J1的常閉觸點(diǎn)Pin2-Pin4、Pin6-Pin8和常開觸點(diǎn)Pin6-Pin1在繼電器動(dòng)作前后均處于開路狀態(tài)。

4）開封進(jìn)行內(nèi)部目檢

為了檢查繼電器J1內(nèi)部是否存在有與失效模式相關(guān)的結(jié)構(gòu)異?；蛉毕莶⒋_定失效位置，采用機(jī)械方法對(duì)繼電器進(jìn)行開封。

開封后，觀察發(fā)現(xiàn)繼電器的動(dòng)簧片Pin6在靠近焊接固定位置斷開（見圖7）。

對(duì)動(dòng)簧片Pin6斷面進(jìn)行SEM 觀察，動(dòng)簧片斷口兩側(cè)的斷面平整，可見典型的“冰糖狀”組織結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為沿晶脆性斷裂特征（見圖8、圖9）。

5）失效分析結(jié)果

通過以上分析檢查，判斷故障原因?yàn)椋菏Ю^電器簧片在長時(shí)間使用過程中，材料晶界發(fā)生弱化，最終導(dǎo)致簧片在應(yīng)力集中點(diǎn)發(fā)生脆性斷裂，導(dǎo)致繼電器J1工作失效。

3 故障驗(yàn)證

根據(jù)以上分析，得出故障原因：防冰控制器中繼電器J1簧片在應(yīng)力集中點(diǎn)發(fā)生脆性斷裂而失效，導(dǎo)致繼電器J1工作失效，在飛機(jī)振動(dòng)環(huán)境下，繼電器J1常開觸點(diǎn)出現(xiàn)偶發(fā)導(dǎo)通，并向防冰系統(tǒng)接通繼電器（2D）發(fā)出“防冰”短時(shí)信號(hào)，防冰系統(tǒng)接通繼電器（2D）短時(shí)工作，將來自飛機(jī)供電系統(tǒng)的+27V信號(hào)，一路送至語音告警系統(tǒng)并發(fā)出“進(jìn)氣道結(jié)冰”語音告警，另一路使發(fā)動(dòng)機(jī)防冰系統(tǒng)附件工作，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行防冰，同時(shí)向飛參系統(tǒng)發(fā)出“左發(fā)防冰系統(tǒng)接通”的記錄信號(hào)。

在更換了繼電器J1之后，飛機(jī)防冰系統(tǒng)恢復(fù)正常，各項(xiàng)性能參數(shù)符合要求，裝機(jī)后使用情況良好，故障最終排除。

4 總結(jié)

針對(duì)防冰控制器中繼電器J1的失效分析情況，后續(xù)工廠將加強(qiáng)與中航工業(yè)部門的技術(shù)狀態(tài)對(duì)接工作，同時(shí)開展類似型號(hào)繼電器的壽命試驗(yàn)及實(shí)際狀態(tài)摸底評(píng)估、采購七專以上等級(jí)繼電器，并在大修作業(yè)時(shí)予以換新等工作。

這是一起典型電氣器件失效引起的飛機(jī)系統(tǒng)故障。由上述故障案例分析可以看出，電氣器件工作可靠性在飛機(jī)上日益重要。隨著飛機(jī)服役期限延長，電氣器件失效問題漸顯突出，必須對(duì)這些電氣器件進(jìn)行梳理分類，開展壽命試驗(yàn)及實(shí)際狀態(tài)摸底評(píng)估，增加必要的器件維修和檢測(cè)手段，為改進(jìn)修理模式提供可靠依據(jù)，最大程度降低飛機(jī)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]孫聰，季曉光，陳希成等.飛機(jī)地勤培訓(xùn)教材[Z]. 2006

[2]嚴(yán)東超，等.飛機(jī)電氣系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)[M].北京：航空工業(yè)出版社. 2001.

作者簡介

陳林，工程師，主要從事電氣專業(yè)飛機(jī)修理技術(shù)工作。

葉成世，工程師，主要從事電氣專業(yè)飛機(jī)修理技術(shù)工作。

孫凱革，高級(jí)工程師，主要從事電氣專業(yè)飛機(jī)修理技術(shù)工作。

王桂芳，工程師，主要從事電氣專業(yè)飛機(jī)修理技術(shù)工作。