DA42NG飛機電源系統(tǒng)原理概述和維護

張金慶

摘要：DA42NG飛機是奧地利鉆石飛機公司制造的一款操作簡單、飛行安全、經(jīng)濟實用的雙發(fā)飛機，其優(yōu)美的流線、優(yōu)雅的外觀博得了業(yè)界的好評，榮獲了“通航飛機中的寶馬”之美譽。DA42NG飛機自2010年6月8日于柏林成功首航后，很快以狂風暴雨般的攻勢席卷了中國通航市場并成為了中國各航空院校中教機的主流機型，其安全性能、經(jīng)濟性能、適航性能得到了中國各飛行學院的好評。DA42NG飛機復合材料使用率極高，機身、機翼等主要結(jié)構(gòu)都采用CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastic）和GFRP（Glass Fiber Reinforced Plastic）材料，使得飛機機身、機翼結(jié)構(gòu)具有極高的強度和剛度、極強的耐腐蝕性和維護性，同時也大大減輕了飛機重量增強飛機的經(jīng)濟性。然而，也正是由于復合材料的使用，復合材料和傳統(tǒng)的合金材料不同，不具備導電性，使得飛機電源系統(tǒng)也發(fā)生了系列的變化。

關(guān)鍵詞：電源系統(tǒng);原理;維護

引言

飛機電源系統(tǒng)是飛機上電能產(chǎn)生、調(diào)節(jié)、控制和電能轉(zhuǎn)換部分的總稱，并通過各匯流條將電能輸送給各用電設(shè)備，實現(xiàn)電能到其他能的轉(zhuǎn)換，由此可見電源系統(tǒng)的輸出功率很大程度上決定了飛機上選擇裝配的用電設(shè)備。目前市面上使用的DA42NG飛機的電源系統(tǒng)分為兩個部分，一部分為正常的主電源系統(tǒng)，另一部分為單獨給空調(diào)系統(tǒng)供電的空調(diào)電源系統(tǒng)，兩個電源系統(tǒng)相互獨立，互不影響。由于空調(diào)電源系統(tǒng)只有選裝了空調(diào)系統(tǒng)的飛機才配備，本文僅對普遍適用于所有DA42NG飛機的主電源系統(tǒng)進行研究。

一、系統(tǒng)組成

電源;發(fā)電機;調(diào)壓器;電流傳感器;繼電器;搭鐵系統(tǒng)

二、系統(tǒng)原理

（一）電源

DA42NG飛機為24V直流電源系統(tǒng)，主要通過以下3種電源（主電源、備用電源、外部電源）為飛機電網(wǎng)提供電能：

①主電源

DA42NG飛機主電源系統(tǒng)采用兩臺同型號的直流發(fā)電機對左、右主匯流條單獨供電，并通過繼電器盒匯流條將左、右主匯流條連接起來，使左、右發(fā)電機互為余度防止單發(fā)電機失效時而導致相應用電設(shè)備不能工作。

發(fā)動機工作時通過一可自動調(diào)節(jié)皮帶張力的V型皮帶輪組件驅(qū)動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)后切割磁感線產(chǎn)生額定電壓28V、額定電流70A的直流電，經(jīng)調(diào)壓器的調(diào)節(jié)勵磁電壓的大小后在不同的轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生穩(wěn)定的28V直流電。通過左調(diào)壓器感知左、右發(fā)電機輸出電流的大小來調(diào)節(jié)左發(fā)電機輸出電流，使其與右發(fā)電機輸出電流一致從而達到負載均衡的狀態(tài)。

②備用電源

DA42NG飛機的備用電源包括3種：主電瓶、應急電池組、ECU備用電瓶。其中主電瓶是一個額定電壓約24V、容量13.6Ah（5h放電速率）的免維護鉛酸電瓶（VRLA蓄電池）用于給DA42NG飛機的用電設(shè)備供電，并在兩臺發(fā)電機同時失效時至少能給應急設(shè)備供電30分鐘，保證飛機能安全著陸。應急電池組由10節(jié)3V，1300mAh的鋰錳干電池組成，其額定電壓為30V、容量為13Ah，安裝于位于主駕駛的儀表板后方。當發(fā)電機和主電瓶同時失效時，將應急電源開關(guān)置于ON位后，應急電池組輸出30V直流電經(jīng)靜變器轉(zhuǎn)換為400V，115HZ的交流電為備用姿態(tài)儀和地板照明供電至少1小時30分鐘。ECU備用電池分為左ECU備用電池和右ECU備用電池，都是由兩個12V、7.2Ah的電池串聯(lián)而成，分別安裝在左乘客座椅地板下方（左ECU備用電池）和飛機垂直安定面下部蓋板內(nèi)（右ECU備用電池），用于飛行過程中當主電源系統(tǒng)和主電瓶都失效時給ECU供電，防止因ECU供電中斷而導致發(fā)動機停止轉(zhuǎn)動。

③外部電源

當飛機停留在地面時，需要對機進行維護、啟動發(fā)動機等作業(yè)時，可以使用外部電源以降低成本，減少機載電瓶的使用，避免過度使用機載電瓶而造成電容量不足而更換機載電瓶。DA42NG飛機的地面電源是由28V的直流電源車或固定電源連接位于機頭下方、前起落架前方的三針插頭（EPU）將外部電源輸送到飛機電網(wǎng)。

（二）DA42NG飛機復合材料的使用率很高，但復合材料結(jié)構(gòu)不導電

為了讓電源系統(tǒng)形成回路，DA42NG飛機采用一系列金屬管和金屬條構(gòu)成了飛機的搭鐵系統(tǒng)，并將飛機上所有的金屬部件以及天線接地板連接到搭鐵系統(tǒng)構(gòu)成了，如此一來整個飛機便同傳統(tǒng)的合金材料飛機一樣可以將“整個機身”看做是電路中“地”。

（三）調(diào)壓器

DA42NG飛機上裝有兩個調(diào)壓器，分別安裝于左、右發(fā)動機短艙內(nèi)，用于感受左、右發(fā)電機輸出電壓的大小后輸出適當?shù)膭畲烹娏魇拱l(fā)電機輸出電壓為穩(wěn)定28V直流電;左調(diào)壓器還有額外的功能：接收左、右電流傳感器的信號，比較左、右發(fā)電機輸出電流后，調(diào)整左發(fā)電機勵磁電流大小使左發(fā)電機輸出匹配右發(fā)電機輸出，從而使整個電源系統(tǒng)負載均衡。

（四）電流傳感器

DA42NG飛機上一共安裝了4個相同型號的電流傳感器：其中2個電流傳感器安裝于左、右發(fā)動機短艙內(nèi)，套在發(fā)電機輸出電源線上，用于感受發(fā)電機輸出電流大小傳輸給調(diào)壓器;另外2個電流傳感器為電流指示傳感器，安裝于座艙內(nèi)飛行員座椅下方，用于感受電源系統(tǒng)左、右發(fā)電機電流大小并傳送給GEA71用于座艙內(nèi)電流大小顯示。

（五）供電原理

DA42NG飛機發(fā)動機是通過主電瓶或者外部電源作為啟動電源。當左發(fā)動機啟動時，主電瓶電流經(jīng)電瓶繼電器（外部電瓶經(jīng)外部電源繼電器）進入繼電器盒匯流條，再通過一個90A左電瓶斷路器進入左主匯流條，再通過一個單向二極管進入左ECU匯流條，接著流經(jīng)左發(fā)動機開關(guān)進入左調(diào)壓器組件，左調(diào)壓器組件根據(jù)此時電壓值的大小產(chǎn)生適當大小的勵磁電流輸入交流發(fā)電機勵磁繞組（轉(zhuǎn)子）產(chǎn)生磁場，左發(fā)動機帶動左交流發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，于是勵磁繞組便產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)磁場，電樞繞組（定子）切割旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生交流電，交流電通過發(fā)電機內(nèi)部整流子后輸出直流電通過發(fā)電機繼電器進入左主匯流條，左調(diào)壓器感受到左主匯流條的電壓值大小，調(diào)整勵磁電流的大小，使發(fā)電機輸出穩(wěn)定的28V左右的直流電。以此可類推右發(fā)電機的工作原理。左主匯流條通過繼電器盒匯流條經(jīng)一個90A右電瓶斷路器與右主匯流條相連，左、右發(fā)電機輸出電源線之后位于發(fā)動機短艙內(nèi)各套有一個電流傳感器將感受到的發(fā)電機輸出電流同時傳送給左調(diào)壓器，左調(diào)壓器比較兩臺發(fā)動機輸出電流的大小，通過調(diào)節(jié)左發(fā)電機勵磁電流的大小使左發(fā)電機輸出匹配右發(fā)電機輸出，從而使整個電源系統(tǒng)負載均衡。

三、典型故障

自2018年3月某飛行學院將DA42NG飛機投入教學訓練后，進兩年的飛行訓練過程中，DA42NG飛機電源系統(tǒng)常見故障主要包括：發(fā)電機開關(guān)故障（5起）、外接電源柱斷（3起）、接線片松動（1起）。通過故障事件分析，可見DA42NG飛機電源系統(tǒng)主要部件（如發(fā)電機、調(diào)壓器、電流傳感器等）可靠性較高，發(fā)電機開關(guān)由于材質(zhì)、安裝位置等原因?qū)е鹿收下瘦^高、外接電源接線柱或許是由于安裝方式的原因容易脫落?，F(xiàn)就一起因電源系統(tǒng)某接線片安裝不牢造成飛機電源系統(tǒng)故障的典型案例及排故過程進行研究：

2019年11月30日，某飛行學院DA42NG型飛機B-1XXC執(zhí)行本場飛行訓練任務，飛機在巡航階段時，突然PFD右下方警告窗口顯示欄顯示黃色警戒信息“R ALT FAIL”（右交流發(fā)電機失效），MFD發(fā)動機頁面顯示：左發(fā)電機電壓27.5V，電流22A，右發(fā)電機電壓27.1V，電流4A。機組通過復位發(fā)電機開關(guān)、復位各斷路器等方法均無法消除“R ALT FAIL”警戒信息，于是只得滑回機庫檢查，中止飛行訓練任務。

首先，維修人員根據(jù)左、右發(fā)電機輸出電流差值大這一故障現(xiàn)象，判斷或許是左調(diào)壓器故障了導致左、右發(fā)電機電流無法均衡，于是更換左發(fā)電機調(diào)壓器，地面試車檢查發(fā)現(xiàn)故障依然存在。接著維修人員判斷：是否是右發(fā)電機性能差導致左、右發(fā)電機輸出電壓相差過大從而導致故障信息出現(xiàn)，于是更換右發(fā)電機。但是地面試車檢查時故障依舊沒有排除，于是懷疑是否是輸入信號給調(diào)壓器的電流傳感器故障導致調(diào)壓器無法感受不到兩臺發(fā)動機的電流差而不能均衡電源系統(tǒng)負載，于是互換兩臺發(fā)電機電流傳感器的位置，但是故障現(xiàn)象依舊沒有改變，排除電流傳感器故障這種可能。最后維修人員判斷是否是飛機電源系統(tǒng)電路上某處接觸不良或其他原因造成該故障，于是使用電壓表，檢查電源系統(tǒng)電路中各節(jié)點端電壓是否存在壓降，測量結(jié)果果然不出所料：主駕座椅下方處右發(fā)電機電流指示傳感器導線接線柱前端和后端的端電壓不同。于是斷開飛機電源，通過搖晃該接線柱上的所有導線終于找到了問題的根源：接線片壓緊螺帽松動，導致該處接觸電阻增大，從而使兩臺發(fā)電機負載不均衡出現(xiàn)該故障現(xiàn)象。

四、電源系統(tǒng)常見故障處理措施

DA42NG飛機電源系統(tǒng)常見故障主要包括：過電壓、低電壓、左、右發(fā)電機輸出不均衡、斷路器跳出、電流僅指示異常，其故障原因如電源系統(tǒng)故障分布圖所示：

電源系統(tǒng)故障分布圖

五、維護建議

1 嚴格按照Austro Engine Maintenance Manual的要求每300飛行小時對發(fā)電機進行功能檢查。

2 從DA42NG飛機2年多的運行來看，發(fā)電機開關(guān)或許由于材質(zhì)、設(shè)計等原因故障率較高，建議日常維護中加強發(fā)電機開關(guān)的檢查。

3 外部電源繼電器插頭由于安裝方式等原因容易脫落，日常維護中因加強對其的檢查。

【參考文獻】

[1]DA42NG AIRPLANE MAINTENANCE MANUAL.DocNo.70215.（R4）.

[2]DA42NG AIRPLANE FLIGHT MANUAL.Doc.No.70116e（R4）.

[3]Austro Engine Maintenance Manual E4 series.Doc.No.E4.08.04（R27）.

[4]朱新宇，彭衛(wèi)東，何建.民航飛機電氣系統(tǒng)[M].成都：西南交通大學出版社，2010.