運(yùn)輸類飛機(jī)蓄電池故障分析與診斷

劉 凱 高偉雁

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，中國(guó) 上海 201210）

0 引言

蓄電池作為飛機(jī)機(jī)載應(yīng)急備用電源，可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)急負(fù)載的供電不中斷轉(zhuǎn)換，為機(jī)上關(guān)鍵設(shè)備提供電源[1]。由于飛機(jī)蓄電池工作環(huán)境十分復(fù)雜，在飛行過程中還受到很大的振動(dòng)、沖擊和加速度，所以故障很多，且故障現(xiàn)象復(fù)雜，蓄電池一旦出現(xiàn)故障，不僅會(huì)影響飛行任務(wù)的完成，而且會(huì)威脅飛行安全，導(dǎo)致機(jī)毀人亡的嚴(yán)重后果，所以飛機(jī)蓄電池的故障診斷問題對(duì)整個(gè)飛機(jī)系統(tǒng)的安全及穩(wěn)定至關(guān)重要[2-3]。本文根據(jù)運(yùn)輸類飛機(jī)在飛行過程中出現(xiàn)的故障，通過蓄電池工作原理分析及該故障的診斷，提出了排除故障的一般解決方法。

1 蓄電池工作原理

蓄電池分為主蓄電池和APU 蓄電池，兩個(gè)蓄電池型號(hào)相同，兩者通過其相對(duì)應(yīng)的蓄電池控制器進(jìn)行充電與放電控制，蓄電池在飛機(jī)供電系統(tǒng)中的主要作用如下：

1）為輔助動(dòng)力裝置提供起動(dòng)電源；

2）在其他電源失效時(shí)為飛機(jī)關(guān)鍵設(shè)備提供電源，如導(dǎo)航設(shè)備和通信設(shè)備，保障飛機(jī)返航和著陸；

3）為飛機(jī)上要求不中斷供電的關(guān)鍵設(shè)備提供電源，如電傳操縱系統(tǒng)中的飛行控制計(jì)算機(jī)，保障飛機(jī)安全飛行。

蓄電池工作原理的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1 所示。

圖1 蓄電池控制器工作原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

由圖可知，當(dāng)蓄電池開關(guān)接通時(shí)，蓄電池控制器處于自動(dòng)控制模式，其通過敏感蓄電池電流的大小及電流方向?qū)π铍姵剡M(jìn)行充放電的自動(dòng)控制；當(dāng)蓄電池開關(guān)斷開后，蓄電池控制器將蓄電池接觸器鎖定在斷開狀態(tài)，從而使得蓄電池與其各自用電設(shè)備有效隔離。同時(shí)，蓄電池系統(tǒng)與航電系統(tǒng)之間交聯(lián)，當(dāng)蓄電池系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，故障信息將通過駕駛艙內(nèi)多功能顯示屏中發(fā)動(dòng)機(jī)指示與機(jī)組警告系統(tǒng)顯示。

2 蓄電池故障分析與診斷

2.1 蓄電池故障現(xiàn)象

飛機(jī)在某次飛行試驗(yàn)中，駕駛艙內(nèi)多功能顯示屏中發(fā)動(dòng)機(jī)指示與機(jī)組警告系統(tǒng)（EICAS）突然顯示“MAIN Battery OFF”黃色告警，即主蓄電池關(guān)斷告警，主顯示屏的電源系統(tǒng)簡(jiǎn)圖頁(yè)面中主蓄電池部分也顯示黃色告警。

通過蓄電池系統(tǒng)航電接口定義文件可知， 引起 “MAIN Battery OFF”黃色告警的主要原因如下：

1）飛機(jī)上電后，主蓄電池開關(guān)未按入；

2）飛機(jī)主蓄電池內(nèi)部故障；

3）主蓄電池系統(tǒng)與航電系統(tǒng)數(shù)據(jù)集中器（DCU）接口故障。

只要出現(xiàn)上述情況中至少一種情況，即可導(dǎo)致該告警。

2.2 主蓄電池故障診斷及排除

根據(jù)主蓄電池工作原理，定位故障，將可能引起主蓄電池故障的原因按照簡(jiǎn)到繁的原則，從以下四個(gè)方面進(jìn)行故障排除：

1）主蓄電池開關(guān)未按入及主蓄電池開關(guān)到主蓄電池之間的線路故障；

2）主蓄電池與航電DCU 之間的線路故障；

3）主蓄電池內(nèi)部故障；

4）航電DCU 內(nèi)部故障。

2.2.1 主蓄電池開關(guān)未按入及主蓄電池開關(guān)到主蓄電池之間的線路故障

飛機(jī)上電后，接通主蓄電池開關(guān)，主蓄電池關(guān)斷告警出現(xiàn)，為防止出現(xiàn)告警偶然發(fā)生的狀況，重復(fù)上述動(dòng)作三次。如果該告警仍然出現(xiàn)，則有可能是電源控制板上的主蓄電池開關(guān)到主蓄電池之間的線路出現(xiàn)斷路，從而引起主蓄電池告警。 主蓄電池開關(guān)到主蓄電池之間的線路簡(jiǎn)圖如圖2 所示：

圖2 主蓄電池開關(guān)到主蓄電池線路簡(jiǎn)圖

檢查主蓄電池開關(guān)到主蓄電池之間的導(dǎo)線。拔出主蓄電池的連接器N2，按入主蓄電池開關(guān)，開關(guān)觸點(diǎn)由K1 轉(zhuǎn)接到K3，開關(guān)接通。利用三用表測(cè)量電阻[4-5]的方法對(duì)連接器N2 的3 號(hào)與4 號(hào)之間線路的電阻進(jìn)行測(cè)量，若測(cè)得的電阻值小于8 歐姆，則未發(fā)生斷路，若電阻值為無(wú)窮大則出現(xiàn)斷路。 經(jīng)測(cè)量，3 號(hào)與4 號(hào)之間線路的電阻為3 歐姆，從而說(shuō)明3 號(hào)與4 號(hào)之間線路完好。 故障未排除，繼而檢查主蓄電池與航電DCU 之間的線路。

2.2.2 主蓄電池與航電系統(tǒng)DCU 之間的線路故障

主蓄電池與航電系統(tǒng)DCU 相連接（其線路簡(jiǎn)圖見圖3），主蓄電池的5 號(hào)孔（主蓄電池開關(guān)狀態(tài)信號(hào)）輸出或6 號(hào)孔（主蓄電池開關(guān)狀態(tài)信號(hào)）輸出給DCU 的信號(hào)若不正常也將會(huì)導(dǎo)致“MAIN Battery OFF”告警的發(fā)生。

檢查主蓄電池到DCU 之間的導(dǎo)線。 拔出主蓄電池的連接器N3，按入主蓄電池開關(guān)，使開關(guān)處于接通狀態(tài)。 利用三用表測(cè)量電阻的方法對(duì)連接器N3 的5 號(hào)與6 號(hào)之間線路的電阻進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)測(cè)量，5 號(hào)與6 號(hào)之間線路的電阻為無(wú)窮大，說(shuō)明5 號(hào)與6 號(hào)孔之間的線路出現(xiàn)斷路故障。 經(jīng)檢查后，發(fā)現(xiàn)連接器N3 的5 號(hào)孔出現(xiàn)插釘脫落，更換連接器，再利用三用表進(jìn)行測(cè)量，5 號(hào)與6 號(hào)孔之間的線路完好。 恢復(fù)連接器N3，再次上電，故障仍未消除，

圖3 主蓄電池到DCU 的線路簡(jiǎn)圖

2.2.3 主蓄電池內(nèi)部故障

主蓄電池內(nèi)部故障主要由熱失控、 主蓄電池內(nèi)部電池塊短路、主蓄電池內(nèi)部電池塊斷路等引起。 若出現(xiàn)主蓄電池內(nèi)部故障，如主蓄電池內(nèi)部電池塊之間發(fā)生斷路，主蓄電池控制器能接收到主蓄電池發(fā)出故障信號(hào)，從而觸發(fā)主蓄電池?cái)嚅_告警。

由于蓄電池是航線可更換設(shè)備，為了排除該故障，可暫時(shí)更換該蓄電池。 如果完好的蓄電池替換后，故障消除，則可以得出結(jié)論，主蓄電池故障是由主蓄電池內(nèi)部故障引起。所以，啟用備用蓄電池，更換飛機(jī)上的主蓄電池，再次給飛機(jī)上電，故障仍未消除。所以排除蓄電池內(nèi)部故障。

2.2.4 航電DCU 內(nèi)部故障

主蓄電池與航電DCU 之間存在機(jī)械接口， 由于觸發(fā)告警的信號(hào)由航電DCU 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后觸發(fā)。 由于已經(jīng)排除主蓄電池與航電DCU 之間的線路故障，故航電DCU 若出現(xiàn)故障，該告警即能出現(xiàn)。

由于DCU 是航線可更換設(shè)備， 為了排除該故障， 可暫時(shí)更換該DCU。 如果完好的DCU 替換后，故障消除，則可以得出結(jié)論，主蓄電池故障是由DCU 故障引起。 所以，啟用備用DCU，更換飛機(jī)上的DCU后，再次給飛機(jī)上電，飛機(jī)告警未出現(xiàn)，故障最終被排除。經(jīng)DCU 制造廠商檢查，DCU7 號(hào)孔到8 號(hào)孔之間的內(nèi)部接口出現(xiàn)了老化， 導(dǎo)致2個(gè)孔之間接觸不良。

3 故障診斷與處理方法

通過主蓄電池故障的排除，總結(jié)故障診斷與處理的方法如下：

1）分析故障原因，制定排故計(jì)劃。首先從原理進(jìn)行分析，逐條列出可能產(chǎn)生故障的誘因，將故障隔離到某個(gè)部件，某條導(dǎo)線，甚至某個(gè)連接器的針孔，并對(duì)各種可能引發(fā)故障誘因的檢查次序進(jìn)行排序，制定排故計(jì)劃；

2）明確排故步驟，制定應(yīng)對(duì)措施。在排故過程中，遵循由簡(jiǎn)到繁原則，首先排除有可能發(fā)生的簡(jiǎn)單故障，如斷路故障、短路故障等；若線路未出現(xiàn)故障，首先考慮本系統(tǒng)內(nèi)部器件發(fā)生故障的可能；

3）準(zhǔn)確定位，找出故障的內(nèi)在聯(lián)系。由于飛機(jī)由多個(gè)系統(tǒng)組成，當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，與之有關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)也需要仔細(xì)排查，即故障若不是本系統(tǒng)導(dǎo)致的，則需要考慮與本系統(tǒng)交聯(lián)的相關(guān)系統(tǒng)的故障，如機(jī)械接口故障和航電接口故障等。

4 結(jié)論

在現(xiàn)代飛行中，安全至上，深入理解飛機(jī)各系統(tǒng)的工作原理，不斷總結(jié)排故經(jīng)驗(yàn)，提高排故水平，并從故障排除等方面進(jìn)行系統(tǒng)化的分析處理，從而準(zhǔn)確高效地定位排故，對(duì)保障飛行安全和提高飛行效率具有及其重要的意義。

［1］劉建英，任仁良.飛機(jī)電源系統(tǒng)[M].北京：中國(guó)民航出版社，2012.2－3.

［2］嚴(yán)東超.飛機(jī)供電系統(tǒng)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2010：8－9.

［3］S.J.Stengel.Application of Morlet wavelet to supervise power system disturbances[J].IEEE Trans.Power Delivery, 1999，14：235－245.

［4］楊志東.飛機(jī)導(dǎo)線故障的規(guī)律、預(yù)防和修理[J].航空維修與工程，2006，3：58－59.

［5］談?dòng)?飛機(jī)線路故障問題及其對(duì)策[J].航空維修與工程，2006，2：62－63.