一起匯流條短路引發(fā)的直流電壓表指示異常故障分析

劉建波 呂翠青 劉闊 高智勇 李新霞

摘要：針對某型飛機使用過程中出現(xiàn)的一起一直未找到原因的疑難故障，在飛機大修中進行仔細分析，其中及時與送修人員進行溝通協(xié)調(diào)有利于為飛機制訂針對性的措施和預(yù)案，發(fā)現(xiàn)和解決飛機在使用過程中存在的問題。

關(guān)鍵詞：匯流條；短路；指示異常；故障分析

Keywords：bus bar；short circuit；indication exception；fault analysis

0 引言

某型飛機送廠大修時接到送修人員報告，在地面大轉(zhuǎn)速試車或空中特技飛行時，試車人員或飛行員有時發(fā)現(xiàn)直流電壓表指針偶爾出現(xiàn)短時1～3V的降壓擺動現(xiàn)象，地勤人員在地面多次反復(fù)排查，均未找到故障原因，雖然更換了部分電源系統(tǒng)部附件，但此故障還是不定期出現(xiàn)，只是每次出現(xiàn)的時間間隔逐漸加長，頻次逐漸減少，直至后期不再出現(xiàn)，故此希望大修工廠在修理過程中找出原因，徹底排除。

1 問題查找

1.1 現(xiàn)象分析

根據(jù)送修人員提供的情況，故檢人員進行了綜合分析，通過分析得出：一是現(xiàn)象發(fā)生在飛機地面試車或空中飛行時，說明此現(xiàn)象發(fā)生時飛機的狀態(tài)是運動的，而不是靜止的，飛機在靜止狀態(tài)是無法實現(xiàn)故障現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)的，要想使故障重現(xiàn)，必須要讓飛機上的故障件“動起來”。二是現(xiàn)象是偶爾短暫出現(xiàn)的，說明故障現(xiàn)象在振動狀態(tài)下短暫發(fā)生后，可以迅速恢復(fù)至正常狀態(tài)，即使在運動狀態(tài)也不一定復(fù)現(xiàn)，無疑加大了排故的難度。三是現(xiàn)象發(fā)生時未出現(xiàn)燒保險或跳保險等狀況，說明故障出現(xiàn)在無“電路保險”的支路電路中。

1.2 故障源查找

參照電氣系統(tǒng)電路圖可知，飛機在飛行或試車時，由左右起動發(fā)電機為左右中心匯流條提供28V直流電壓，7E組合指示器中的直流電壓顯示的是兩臺直流發(fā)電機中的一臺發(fā)出的直流電壓，如果需要檢查另外一臺發(fā)電機發(fā)出的直流電壓，只需扳動18X電壓表轉(zhuǎn)換開關(guān)即可實現(xiàn)。

由于故障發(fā)生時飛機處于飛行或地面試車振動狀態(tài)，而飛機故檢卻通常在廠房內(nèi)進行。飛機無法在廠房內(nèi)進行地面試車，所以在廠房內(nèi)只能是模擬外部試車時的工作狀態(tài)。使用地面電源進行供電，打開發(fā)動機艙、機身右下側(cè)設(shè)備艙、前設(shè)備艙、后一號設(shè)施艙、后2號設(shè)備艙、電源樞紐艙的相關(guān)包皮，接通試車時相關(guān)的設(shè)備及斷路器，裝好機上34P、41P兩塊電瓶，打開機上試車時的相關(guān)開關(guān)（油門桿和油泵除外），使7E組合指示器上的電壓表指示28V，采用雙人配合法，在座艙內(nèi)設(shè)置一個人觀察電壓表的指示，另一個人在外部負責使用改裝后的一字解刀進行敲擊（改裝方法：取一個大小適中的一字解刀，用橡膠條將刀頭端包裹牢靠，直至用手握著大小適中為止，對另一端的手柄端用約1mm厚的橡膠條進行兩層包裹，并用膠帶粘接牢靠）。用手握住一字解刀被包裹的刀頭端，用包裹好的另一端敲擊機上安裝設(shè)備的殼體，以模擬飛機試車或飛行時的振動。敲擊從發(fā)動機艙由后向前進行，對直流電源系統(tǒng)的有關(guān)設(shè)備進行敲擊，采取對每個直流電源系統(tǒng)產(chǎn)品都能夠敲擊到的五個方向進行敲擊，即對產(chǎn)品的上方或下方、左側(cè)、右側(cè)、前面、后面部位逐個進行敲擊，敲擊力度適中，即不能力度太大損壞產(chǎn)品，也不能力度太小達不到飛機振動效果。敲擊檢查后發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機艙無異常，機身右下側(cè)設(shè)備艙無異常，電源樞紐艙無異常，后1號設(shè)備艙無異常，后2號設(shè)備艙無異常，左前設(shè)備艙無異常，右前設(shè)備艙中上部無異常。但在敲擊到右前設(shè)備艙下部的接觸器盒殼體的前部時，座艙人員觀察到電壓表出現(xiàn)約1～2V的波動。隨后，加大敲擊力度，在敲擊處發(fā)現(xiàn)有打火現(xiàn)象，敲擊力度越大越明顯。對該接觸器盒的上、左、右、后部敲擊則無反應(yīng)，只有對前部敲擊才有反應(yīng)，用手指對殼體前部向后點按，出現(xiàn)斷續(xù)打火現(xiàn)象，且直流電壓表指針下降達3V左右。至此，完成了對送修人員提出的故障現(xiàn)象的再現(xiàn)。

之后，關(guān)斷機上電源-蓄電池開關(guān)，斷開機上所有相關(guān)開關(guān)和斷路器，斷開地面電源，拆下機上電瓶。

2 故障件分解

2.1 產(chǎn)品外觀檢查

接觸器盒外觀如圖1所示，從1米左右距離查看，圓圈處好似有一塊污物；從近處查看，發(fā)現(xiàn)是殼體上被擊穿的一個孔洞，該孔洞只有約一粒米大小。

2.2 產(chǎn)品內(nèi)部檢查

取下故障件殼體進一步檢查。圖2中圓珠筆所指的圓圈處匯流條安裝不規(guī)范，匯流條端頭有歪斜現(xiàn)象，導(dǎo)致匯流條固定端的一個角翹起外伸，引發(fā)匯流條與殼體之間間隙減少，相互磨碰。圖3所示是殼體內(nèi)部粘貼的一層絕緣膠墊已被磨穿，由于短路已將殼體上的小孔周邊燒蝕。

2.3 原因分析

該型飛機在進行整機故檢時發(fā)現(xiàn)接觸器盒殼體前端有一米粒大小的孔洞，由于殼體表面噴涂的是黑色皺紋漆，殼體內(nèi)部也是漆黑一片，因此，擊穿的小孔使人眼產(chǎn)生黑洞效應(yīng)，誤認為該處有一塊污物。分解殼體后發(fā)現(xiàn)，34P接觸器接線柱固定的匯流條因固定不規(guī)范形成端頭一個角外伸較大，造成其與殼體內(nèi)部產(chǎn)生磨碰，根據(jù)圖4所示，該匯流條與33P1A25號導(dǎo)線相連，33P1A25號導(dǎo)線又與2號蓄電池33P的“+”端相連，飛機試車或飛行振動造成匯流條端頭磨穿絕緣膠墊，與接觸器盒殼體搭接，造成33P蓄電池“+”端與機體短路，因飛機振動頻率與殼體固有振動頻率相同或接近時產(chǎn)生共振，且此振動幅度較大，導(dǎo)致33P蓄電池“+”端24VDC與機體之間時通時斷，在接觸器匯流條端頭與殼體相磨碰處打火，形成電焊效應(yīng)。而由于該支路沒有電路“保護裝置”，故無法進行電路保護，長此以往，短路電流將接觸器盒鋁制金屬殼體碰靠短路處擊穿。

2.4 直流電壓表擺動分析

1）直流電源供電線路

地面直流電源經(jīng)39P直流地面電源插座的1號插銷加載到7P左直流發(fā)電機接觸器的1號接線柱，再經(jīng)15P分流器與左中心匯流條連接。而左中心匯流條與8P右直流發(fā)電機接觸器的2號接線柱相連接，再經(jīng)常閉觸點1號接線柱與右中心匯流條相連接，如此實現(xiàn)了地面直流電源向左、右中心匯流條供電。

2）中心匯流條與電壓表交聯(lián)關(guān)系

左中心匯流條→ 60P（GB-5）慣性保險絲→ X6（27）號插銷→18X電壓表轉(zhuǎn)換開關(guān)→置于“左發(fā)電機”時→18X的觸點2、4連通→X6（26）號插銷→X292（12）號插銷→7E組合指示器23號插銷→電壓表（+）→直流電壓表→電壓表（-）→7E（22）號插銷→地（機體），使直流電壓表指示28V電壓。

右中心匯流條→69P（GB-5）慣性保險絲→X72（16）號插銷→X6（28）→18X電壓表轉(zhuǎn)換開關(guān)→置于“右發(fā)電機”時→18X的觸點2、6連通→X6（26）號插銷→X292（12）號插銷→7E組合指示器23號插銷→電壓表（+）→直流電壓表→電壓表（-）→7E（22）號插銷→地（機體），使直流電壓表指示28V電壓。

3）直流電壓表擺動原因分析

因直流電壓表的負極線與蓄電池的負極線均與飛機機體相連通（機體之間存在著微小的電阻），當機上2號蓄電池正極連接的接觸器盒內(nèi)的匯流條與殼體因振動短路打火時，由于飛機機體與接觸器盒的殼體是連通的（殼體之間阻值為微歐級），使殼體電位上升，從而使機體電位上升，在殼體與機體之間產(chǎn)生一定的電壓降，因此，殼體電位升高導(dǎo)致直流電壓表“+”相對“-”端之間電位降低，反映在直流電壓表上就出現(xiàn)電壓表指針向低電壓方向擺動，擺動幅度的大小與短路時間成正比。短路停止時機體電位恢復(fù)正常，直流電壓表指針恢復(fù)正常，電壓向高電壓方向擺動，匯流條與殼體之間短路、斷開，導(dǎo)致脈動現(xiàn)象出現(xiàn)，反映在電壓表上則是指針降低、升高擺動，直流電壓值則在25～28V之間變動；與用戶反映的直流電壓表指針偶爾出現(xiàn)短時1～3V降壓擺動現(xiàn)象相吻合。

4）電壓表指針擺動次數(shù)逐漸減少直至停止原因分析

當機上2號蓄電池正極連接的接觸器盒內(nèi)的匯流條與殼體因振動或機動飛行碰靠短路打火時，會產(chǎn)生電火花，由于匯流條為銅材質(zhì)，而接觸器的殼體為柔軟的鋁材質(zhì)，銅材質(zhì)的熔點遠高于鋁材質(zhì)，兩者接觸打火時會造成溶點低的鋁材質(zhì)溶化飛濺。隨著電打火次數(shù)的增加，殼體鋁材質(zhì)上飛濺的材料逐漸增多形成孔洞，匯流條與殼體之間的間隙逐漸增大，隨之飛機振動短路的次數(shù)逐漸減少，只有在飛機進行特技飛行或形成共振時才會出現(xiàn)短路打火，如此循環(huán)往復(fù)，當短路電打火燒蝕使兩者之間的間隙達到安全距離后，會停止短路打火現(xiàn)象，這就是后續(xù)不再出現(xiàn)直流電壓表指針擺動的根本原因。

參考文獻

[1]嚴東超主編.飛機供電系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

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

作者簡介

劉建波，高級工程師，主要從事飛機特設(shè)整機故檢工作。