某型飛機一起“超溫I”告警故障分析與排除

譚小伍 李恒 喬林 李楠

摘要：針對一起“超溫I”告警故障，通過機理分析，確定了故障原因，并對由溫度限制器引起的故障進行了排除，為類似故障的排除提供參考。

關鍵詞：發(fā)動機;超溫;三極管

某型飛機溫控系統(tǒng)用于監(jiān)控發(fā)動機的排氣溫度，當發(fā)動機的溫度超過限油調(diào)定值時會減少發(fā)動機的燃油供油量，當溫度超過停車保護調(diào)定值時會自動控制發(fā)動機停車，保護發(fā)動機，其主要控制部件為溫度限制器。該型飛機的溫度限制器為國外進口產(chǎn)品，但穩(wěn)定性差、故障率高，且電子產(chǎn)品發(fā)生故障的時機不確定，一直是修理、維護的難點。

1故障現(xiàn)象

某型飛機飛行過程中，當高度200m、速度500km/h、轉(zhuǎn)速93%～95%時，綜合告警顯示盒上出現(xiàn)“超溫I”告警信號，主注意燈閃亮，轉(zhuǎn)速下降至60%;將“溫控系統(tǒng)”電門關閉后，加油門至轉(zhuǎn)速100%，爬高至3000m，5min后重新打開“溫控系統(tǒng)”電門，綜合告警顯示盒內(nèi)“超溫I”告警信號消失，溫控系統(tǒng)工作正常。在地面進行多次試車，故障復現(xiàn)。當發(fā)動機穩(wěn)定工作，轉(zhuǎn)速在90%時，斷開“溫控系統(tǒng)”開關后再次接通，綜合告警盒“超溫I”告警燈亮，主注意燈持續(xù)閃亮，再次試車后故障消失。

2溫控系統(tǒng)和溫度限制器工作原理

2.1溫控系統(tǒng)工作原理

某型飛機溫控系統(tǒng)由熱電偶傳感器、PTl2-9-2溫度限制器、電源發(fā)動機控制盒、溫控系統(tǒng)電源開關、溫控系統(tǒng)檢查開關等組成。正常情況下，當發(fā)動機排氣溫度達到700±15℃時，溫度限制器輸出信號，使綜合告警系統(tǒng)發(fā)出“超溫I”告警信號，并控制發(fā)動機限油活門工作。當發(fā)動機排氣溫度達到730±15℃時，溫度限制器輸出信號，在地面由綜合告警系統(tǒng)發(fā)出“超溫II”告警信號，使發(fā)動機停車活門工作，發(fā)動機停車;在空中由綜合告警系統(tǒng)發(fā)出“超溫II”告警信號，使發(fā)動機限油活門工作（在起飛、著陸狀態(tài)，只輸出告警信號，限油活門不工作）。

2.2溫度限制器工作原理

如圖1所示，發(fā)動機上熱電偶溫度傳感器將發(fā)動機溫度轉(zhuǎn)換為熱電動勢信號，輸入溫度限制器內(nèi)的比較元件;穩(wěn)定器將機上27V直流電轉(zhuǎn)換為變換器需要的17V直流電壓，定值器根據(jù)u冷的數(shù)值和變換器輸出的35V電壓給定基準電壓，也同樣輸入到比較元件。比較元件對兩路輸入信號進行比較，輸出差異信號，通過放大變換裝置進行放大處理，當通過熱電偶采集到的發(fā)動機溫度超過溫度限制器內(nèi)的溫度調(diào)定值時，觸發(fā)器工作，輸出控制信號控制發(fā)動機限油活門工作和輸出告警信號。

熱電偶的熱電動勢大小不僅與測量端溫度（如發(fā)動機的溫度）有關，還取決于u冷自由端（冷端）的溫度。采用熱電偶方式進行溫度測量時需保持冷端溫度恒定，且難以實現(xiàn)，通常在電路中引入一個隨冷端溫度變化的附加電動勢，自動補償冷端溫度的變化，保證測量精度。PT12-9溫度限制器中的冷端補償電阻R22與定值器部分組成了一個隨冷端溫度變化的附加電動勢，自動補償冷端溫度的變化。

3排故過程

根據(jù)溫控系統(tǒng)的工作原理，針對故障現(xiàn)象，對機上溫控系統(tǒng)的相關部附件、電纜的外觀進行檢查，未見異常;對系統(tǒng)的電纜線路進行了導通、絕緣，檢查電纜插頭、電源發(fā)動機控制盒、開關等，性能均符合要求。通過原理分析以及機上逐一排查，初步排除了機上溫控系統(tǒng)線路、開關和電源發(fā)動機控制盒等故障的可能性。判斷可能是PTl2-9-2溫度限制器工作異常，導致溫控系統(tǒng)誤輸出“超溫I”工作信號。

多次檢查溫度限制器在常溫下的工作電流、告警溫度調(diào)定值、輸出脈沖頻率、延遲時間等性能指標，各項指標均符合技術(shù)要求，未見異常。分解檢查產(chǎn)品內(nèi)部各元器件外觀、焊點等，均符合要求。

為進一步查找故障點，參考當日飛機飛行狀態(tài)。飛行參數(shù)記錄飛行時的大氣溫度為38.8℃，飛行高度僅200m左右。溫度限制器安裝于電源艙上部密閉腔內(nèi)，在陽光照曬下其所處環(huán)境溫度可能更高，有可能誘發(fā)電子元器件性能下降，為此決定對溫度限制器進行高溫試驗，以進一步查找故障點。

依據(jù)GJBl50.3A-2009（（軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法第3部分：高溫試驗》相關規(guī)定，將高溫溫度設置為60°C進行產(chǎn)品的性能測試。將溫度限制器置于高低溫恒溫箱內(nèi)，當溫度達到55℃左右并穩(wěn)定后，此時檢測設備模擬給定的溫度相當于發(fā)動機溫度為424℃，出現(xiàn)“超溫I”告警的異常工作信號，同時，檢測設備上的u冷顯示值由215mV降為13.2mV。逐步降低高低溫恒溫箱內(nèi)溫度，當溫度下降至約40°C時故障現(xiàn)象消失。將高低溫恒溫箱內(nèi)溫度再次升至55℃，保持一段時問后，故障再次出現(xiàn)。

根據(jù)PTl2-9-2溫度限制器原理圖，為了鎖定故障點，針對可能引起溫度限制器異常輸出“超溫I”告警的因素確定故障樹，如圖2所示。

產(chǎn)品在高溫55℃時出現(xiàn)故障現(xiàn)象，u冷由21.5mV降為13.2mV，根據(jù)故障樹對故障元器件進行逐一排查。

1）定值器B3-4。u冷和變換器供電電壓會影響定值器B3-4的基準電壓，定值器E3-4的基準電壓（1.7V）與正常時基準信號（0.2V）有較大區(qū)別，而基準電壓是由R22電阻隨冷端溫度變化而自動變化的，或是由P2繼電器動作引起基準電壓變化的。對R22電阻進行更換，并對P2繼電器的工作性能進行檢查，更換R22電阻后故障現(xiàn)象仍然存在，RP2繼電器工作正常，可以排除定值器B3-4內(nèi)部元件是導致基準電壓異常的故障原因。因此，故障可能存在于變換器或穩(wěn)定器。

2）變換器。檢查變換器輸出電壓為9V左右（正常時應為35V左右），輸入電壓為5.6V（正常時應為17V），因此判斷引起輸出電壓不正常是由穩(wěn)定器輸入的電壓異常導致。

3）穩(wěn)定器。檢查穩(wěn)定器輸出電壓為5.6V（正常時應為17V），放大驅(qū)動三極管輸出電壓為27V（正常時應為12V）。根據(jù)圖1、圖3可知，穩(wěn)定器發(fā)生故障，原因可能為穩(wěn)定器中的放大驅(qū)動三極管故障導通所致。

4）T3組件。檢查T3組件中三極管基極存在27V控制信號，使三極管導通，輸出信號為27V直流信號，工作正常，由此可以排除T3組件故障。

5）TF-14觸發(fā)器。檢查TF-14觸發(fā)器中三極管基極存在27V控制信號，使三極管導通，TF-14觸發(fā)器正常工作輸出27V控制信號，由此可以排除TF-14觸發(fā)器故障。

6）放大器yT-7A。檢查放大器YT-7A中三極管基極存在25.5V控制信號，使三極管導通，放大器yT-7A正常工作輸出27V控制信號，由此可以排除放大器yT-7A故障。

7）微分電路磁放大器YM-8AM。檢查微分電路磁放大器YM-8AM中的差異電壓信號已達到1.5V左右（正常為0.15V左右），差異電壓信號是由定值器B 3-4的基準電壓決定的，與定值器B 3-4提供的基準電壓異常（1.7V）相吻合，因此可以排除微分電路磁放大器yM-8AM故障。

4故障機理分析

穩(wěn)定器是一典型串聯(lián)穩(wěn)壓電路，由調(diào)整三極管、放大驅(qū)動三極管和穩(wěn)壓二極管三部分組成，如圖3所示，其作用是將機上27V直流電轉(zhuǎn)換為變換器需要的17V工作電壓。放大驅(qū)動三極管對穩(wěn)壓二極管和調(diào)整三極管輸出電壓進行比較，輸出驅(qū)動電壓控制調(diào)整三極管的導通角，使輸出電壓穩(wěn)定至17V。經(jīng)檢測，發(fā)生故障時放大驅(qū)動三極管由放大狀態(tài)變?yōu)榱藢顟B(tài)（集電極與發(fā)射極導通），使調(diào)整三極管的導通角變小，輸出電壓降低（實測故障時電壓為5.6V），使定值器輸出基準電壓升高，導致觸發(fā)器工作，溫度限制器輸出“超溫I”告警信號。

由圖1可知，定值器輸出的基準電壓由u玲的數(shù)值和變換器輸出的供電電壓確定。故障出現(xiàn)時，檢測設備上的u玲顯示值由正常的21.5mV降為13.2mV，定值器輸出基準電壓1.7V，與正常工作電壓0.2V有較大差別，此時測量變換器輸出電壓為9V（正常為35V），穩(wěn)定器輸出電壓為5.6V（正常為17V），由此確定穩(wěn)定器存在故障。

5試驗驗證

將穩(wěn)定器中的放大驅(qū)動三極管拆下進行單獨測試，常溫下測量三極管的集電極與發(fā)射極電阻為無窮大（正常）;對其進行單獨加溫，隨著環(huán)境溫度的升高電阻值呈現(xiàn)下降趨勢，當溫度達到40℃時，其電阻為20Ω左右，表明該三極管高溫性能變差，不能正常工作。經(jīng)查閱相關資料，放大驅(qū)動三極管型號是1T403H，為鍺半導體三極管，受溫度影響大，工作穩(wěn)定性差，本產(chǎn)品在設計、制造時已考慮到該三極管特性，在該三極管外部單獨加裝了較大體積的散熱片，如圖4所示，減少溫度影響。該故障三極管進行單獨加溫試驗時出現(xiàn)集電極與發(fā)射極電阻下降，說明該三極管高溫時性能變差，靜態(tài)工作點發(fā)生了漂移。隨后，將故障三極管串裝至另一件溫度限制器上，加溫至57℃左右時故障復現(xiàn);故障溫度限制器更換三極管后，進行常溫和高溫試驗，產(chǎn)品工作正常。

綜上所述，根據(jù)飛行過程中故障出現(xiàn)時溫度限制器所處的環(huán)境溫度，以及三極管的特性，某型飛機“超溫I”告警故障是由于溫度限制器異常輸出信號導致，引起溫度限制器異常輸出“超溫I”告警信號的原因是：溫度限制器中的放大驅(qū)動三極管（1T403H型）性能下降，高溫時集電極與發(fā)射極異常導通，引發(fā)故障。

6結(jié)束語

溫度限制器PTl2-9-2內(nèi)部采用的為磁放大器、分立半導體電子元器件、扼流圈、變壓器式變換器等電路形式，該形式屬于上世紀技術(shù)，比較落后，穩(wěn)定性差，經(jīng)過長時間的裝備使用后故障率高。電子產(chǎn)品發(fā)生故障的時機不確定，在使用過程中難免會出現(xiàn)各類故障，應充分分析故障出現(xiàn)時的各類環(huán)境因素和飛行狀態(tài)，有針對性地進行排除。