淺析SR20 飛機電源系統(tǒng)及其故障*

■ 劉宗福/中國民用航空飛行學(xué)院洛陽分院

關(guān)鍵字：SR20；電源系統(tǒng)；故障；排故

1 SR20 飛機電源系統(tǒng)

1.1 概述

SR20 飛機是美國西銳公司生產(chǎn)的單發(fā)機型，裝配了先進的PERSPECTIVE航電系統(tǒng)和增加座艙舒適性的空調(diào)系統(tǒng)。飛機電源系統(tǒng)是保證飛行安全的重要系統(tǒng)，為整架飛機的飛行操縱控制、通信、導(dǎo)航及發(fā)動機參數(shù)控制和顯示等提供可靠的電能。由于西銳公司生產(chǎn)飛機的時間和飛機序列號不同，SR20 飛機電源系統(tǒng)也有很大的差異。本文介紹的是洛陽分院運行的SR20 飛機電源系統(tǒng)，針對平時使用和維護中出現(xiàn)的一般故障進行分析。

1.2 SR20 飛機電源系統(tǒng)及組成

SR20 飛機電源系統(tǒng)采用28V 直流電源，直流電源的優(yōu)點包括：便于存儲；在飛機失去電源后機載電瓶能保證飛機安全著陸；供電系統(tǒng)簡單；低壓直流對人員和設(shè)備較安全；直流電機啟動力矩較大等，對小型活塞發(fā)動機的順利啟動比較有利。

SR20 飛機電源系統(tǒng)包括直流電源設(shè)備、控制和保護裝置以及配電網(wǎng)絡(luò)。電源設(shè)備包含一個主電瓶、一個備用電瓶、一臺1 號發(fā)電機、一臺2 號發(fā)電機，控制和保護裝置由MCU（主控制單元）和斷路器面板組成。MCU 中包括兩臺發(fā)電機的電壓調(diào)節(jié)器、外部電源繼電器、1 號電瓶繼電器、啟動繼電器、著陸燈繼電器、主分配匯流條1、主分配匯流條2 和重要匯流條以及15 根保險絲等。電源系統(tǒng)的配電網(wǎng)絡(luò)圖如圖1 所示。

1.3 電源系統(tǒng)各組成部分介紹

主電瓶是一個閥控式鉛酸電瓶，由CONCORDE 公司生產(chǎn)。電瓶內(nèi)部由12 個小的單芯組成，提供24V 電壓，容量為10Ah。安裝于飛機防火墻右側(cè)上方，為飛機地面通電測試、發(fā)動機啟動、1 號發(fā)電機正常工作提供電能。在1 號、2 號發(fā)電機都失效的情況下，能保證給飛機上重要儀表和設(shè)備供電至少30min。

備用電瓶是由兩個串聯(lián)在一起的密封可充電鉛酸電瓶組成，由GENESIS公司生產(chǎn)。單個電瓶提供12V、7Ah容量，兩個密封鉛酸電瓶串聯(lián)提供24V 電壓、14Ah 容量。安裝于飛機的尾艙。根據(jù)維修方案，備用電瓶的時壽為裝機飛行500H，每兩年更換一次，維護手冊給出在其壽命期間不需要檢查電解液比重或添加蒸餾水。備用電瓶由一個單獨的開關(guān)控制，不受主電瓶故障影響，在所有電源都失效的情況下，備用電瓶可以向重要匯流條供電，通過重要匯流條向儀表背景燈、備用高度表、PFD(主飛行顯示器)、備用姿態(tài)儀、失速警告等系統(tǒng)供電。

1號發(fā)電機是一臺三相交流發(fā)電機，固定在發(fā)動機左前側(cè)，由皮帶驅(qū)動，經(jīng)過發(fā)電機內(nèi)部整流器和MCU 內(nèi)部上部調(diào)壓器控制輸出28V、75A。1 號發(fā)電機是一臺自勵式發(fā)電機，不能自啟動，其正常發(fā)電需要主電瓶為其提供初始勵磁電流。主發(fā)電機有足夠的能力為整個飛機系統(tǒng)供電，這其中有SR20 飛機的大功率負(fù)載空調(diào)系統(tǒng)和著陸燈，并在系統(tǒng)正常運行時為主電瓶充電。

圖1 電源系統(tǒng)配電圖

2 號發(fā)電機也是一臺三相交流發(fā)電機，安裝于發(fā)動機后部的附件齒輪箱上，由齒輪驅(qū)動，經(jīng)過發(fā)電機內(nèi)部整流器和MCU 內(nèi)部下部調(diào)壓器控制輸出28.75V、40A。它也是一臺自勵式發(fā)電機，不能自啟動，只需要主電瓶或者1 號發(fā)電機正常工作便能為其提供初始勵磁電流，保證2 號發(fā)電機正常發(fā)電。

控制和保護裝置集中位于飛機防火墻上左側(cè)的MCU 內(nèi)及左側(cè)駕駛艙的斷路器面板上。MCU 內(nèi)部由兩臺發(fā)電機的調(diào)壓器、外部電源繼電器、1 號電瓶繼電器、啟動繼電器、著陸燈繼電器、主分配匯流條1、主分配匯流條2 和重要匯流條以及15 根規(guī)格不同保險絲等組成，控制著整個飛機的電源系統(tǒng)。

2 電源系統(tǒng)的故障及分析

2.1 電源系統(tǒng)的故障統(tǒng)計

洛陽分院從2012 年左右開始引進SR20 飛機，共40 余架，作為飛行訓(xùn)練的初教機使用。從引進至今的飛機各系統(tǒng)故障率統(tǒng)計（見表1）可以看出，電源系統(tǒng)是該型飛機故障率最高的系統(tǒng)，占比達10.45%。

圖2 所示為對電源系統(tǒng)各組件的故障統(tǒng)計，其中，主電瓶故障占比為31.1%，備用電瓶為0.80%，1 號發(fā)電機為20.4%，2 號發(fā)電機為43.5%，MCU為4.04%。故障率較高的部件主要是2號發(fā)電機、主電瓶及1 號發(fā)電機。下面依次對這些部件的故障進行分析和討論。

2.2 2 號發(fā)電機

2 號發(fā)電機主要故障現(xiàn)象有：發(fā)電機輸出電壓偏高；發(fā)電機輸出電壓偏低；發(fā)電機跳開關(guān)跳起；發(fā)電機電流指示異常；發(fā)電機不工作；發(fā)動機轉(zhuǎn)速在1700 轉(zhuǎn)以上不發(fā)電等。通過排故發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致上述故障的原因是2 號發(fā)電機的調(diào)壓器故障和發(fā)電機耦合器力矩值偏低。另外，發(fā)電機不發(fā)電也有其自身故障的原因，對故障發(fā)電機的送檢情況進行追蹤，多次在發(fā)電機分解檢查時發(fā)現(xiàn)后軸承X-4130 油脂溢出至滑環(huán)表面，造成電刷ES4118 和滑環(huán)之間接觸不良，加快了電刷的磨損，從而造成故障。據(jù)統(tǒng)計，此類故障出現(xiàn)的頻次最高，其他故障包括整流二極管（整流器）盤損壞、二極管損壞、二極管根部斷裂、定子線圈燒壞、油封滲漏等。發(fā)電機檢修及翻修屬于部附件維修工作，必須由有資質(zhì)的單位及持照人員實施維修，機務(wù)人員只能采取更換發(fā)電機的排故措施。

表1 系統(tǒng)故障統(tǒng)計表

2.3 主電瓶

主電瓶故障率僅次于2 號發(fā)電機，故障現(xiàn)象包括：MFD（多功能顯示）顯示電壓低；地面MFD 不工作，襟翼無法收放；飛機啟動困難或者無法啟動；啟動時MFD 黑屏，起動機不工作等。故障原因在于主電瓶本身的電壓偏低，不能為用電設(shè)備正常工作提供充足的電能。有的電瓶出現(xiàn)接線樁變形松動和裂紋，這是由于安裝電瓶時的安裝力矩過大所致。其他故障現(xiàn)象還包括啟動時電瓶內(nèi)部燒蝕冒煙和飛行中MFD 出現(xiàn)斷電。檢查發(fā)現(xiàn)，前者是由于電瓶內(nèi)部出現(xiàn)故障，后者是因為MCU 內(nèi)部繼電器與電瓶、起動機線路粘接，造成線路短路。

2.4 1 號發(fā)電機

1 號發(fā)電機的故障現(xiàn)象包括：發(fā)電機不工作或出現(xiàn)警告；發(fā)電機跳開關(guān)跳起；發(fā)電機無勵磁輸入；發(fā)動機指示擺動和通信有干擾等。排故發(fā)現(xiàn)故障原因是1 號發(fā)電機的調(diào)壓器故障，而調(diào)壓器的故障包括其本身故障或出現(xiàn)短路、接觸不良和燒蝕造成發(fā)動機指示和通信干擾。1 號發(fā)電機不工作，輸出電壓低，打開空調(diào)時，出現(xiàn)ALT1（發(fā)電機警告），排故發(fā)現(xiàn)這是由于驅(qū)動1 號發(fā)電機的皮帶張力不夠，通過調(diào)整皮帶張力或者更換新的皮帶即可排除故障。

2.5 備用電瓶

圖2 電源系統(tǒng)各組件故障占比

備用電瓶的故障為電壓低，主要原因是備用電瓶前期的庫存時間過長或地面過度放電所致，可采取直接更換電瓶的方式來排除故障。

2.6 MCU 和斷路器

MCU 的故障表現(xiàn)為1 號發(fā)電機正常工作時主電瓶顯示放電狀態(tài)，這是由于安裝在MCU 內(nèi)部的電流傳感器故障導(dǎo)致。其他故障包括主電瓶電流經(jīng)常處于黃區(qū)且大幅度變化、2 號發(fā)電機電流指示異常、ALT1 指示打紅叉、主電瓶開關(guān)無法接通、著陸燈不工作等，原因是MCU 內(nèi)部的相應(yīng)部件出現(xiàn)故障，而廠家不允許單獨更換這些部件，因此排故措施只能是更換MCU。

3 總結(jié)

因裝配了先進的PERSPECTIVE 航電系統(tǒng)和增加座艙舒適性的空調(diào)系統(tǒng)，使SR20 飛機整個電源系統(tǒng)比其他小型單發(fā)飛機相對復(fù)雜，由此需要電源系統(tǒng)能夠提供可靠的、充足的電能。本文在對SR20 飛機電源系統(tǒng)進行介紹的基礎(chǔ)上，針對已有的故障統(tǒng)計進行分析，總結(jié)了頻率較高故障的排故措施，可為從事該機型維護工作的人員提供參 考。