波音787飛機(jī)ASG在APU上的應(yīng)用

周飛

摘要：南方航空波音787飛機(jī)選用的APS5000型APU將起動機(jī)與發(fā)電機(jī)合為一體，命名為ASG，該設(shè)計減少了APU的部件，優(yōu)化了APU的整體布局，降低了APU的成本和重量，減少了APU所占空間，提高了APU系統(tǒng)的可靠性和效率。本文對此進(jìn)行簡要說明和分析。

關(guān)鍵詞：輔助起動發(fā)電機(jī)；輔助動力裝置；起動機(jī)；發(fā)電機(jī)；EICAS狀態(tài)信息

Keywords：ASG；APU；starter；generator；EICAS status message

1 ASG在APU上應(yīng)用的優(yōu)點

南方航空的波音787飛機(jī)選用的是漢密爾頓公司制造的APS5000型輔助動力裝置（APU），與其他類型的APU相比有個明顯的變化，就是其將起動機(jī)與發(fā)電機(jī)合為一體，命名為輔助起動發(fā)電機(jī)（ASG），一方面減少了APU的部件，使APU在整體布局上得到了優(yōu)化，降低了成本和重量，減少了設(shè)備空間，提高了系統(tǒng)的可靠性，而且齒輪箱上的LRU部件幾乎都安裝在同一側(cè)，方便了后期維護(hù)，起動機(jī)和發(fā)電機(jī)共用一個驅(qū)動軸，減少了齒輪箱上的輸入/輸出端口，內(nèi)部齒輪機(jī)構(gòu)數(shù)量也同樣減少，無論在齒輪潤滑方面還是在傳動效率方面都得到很大的提高。另外，ASG發(fā)電模式也以變頻系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的恒頻系統(tǒng)，這種變頻的電源系統(tǒng)在空客A380上也得到了應(yīng)用。電源經(jīng)過變頻、整流、變壓分配后形成飛機(jī)的4種電源模式，即傳統(tǒng)的115V交流、28V直流以及新的230V交流、270V直流，其中，230V交流和270V直流電源主要用于以往由氣源系統(tǒng)驅(qū)動的系統(tǒng)部件。同樣的設(shè)計也應(yīng)用在了波音787飛機(jī)的發(fā)動機(jī)GEnx上，不過其名稱為VFSG（variable frequency starter generators），這也是787飛機(jī)與其他傳統(tǒng)飛機(jī)明顯的區(qū)別。

每臺APU有兩部ASG，在APU啟動階段，ASG作為起動機(jī)帶動齒輪箱轉(zhuǎn)動，使APU進(jìn)入啟動程序；當(dāng)APU達(dá)到normal轉(zhuǎn)速時，ASG作為發(fā)電機(jī)為飛機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供225KVA、235VAC、360～440Hz的交流電。

2 ASG起動機(jī)工作原理

ASG作為起動機(jī)，每次只有一臺工作。有3個CMSC（common motor start controller）可以啟動APU，分別為R2 CAC、R2 EMP和L1 CAC。而APU電瓶、外部電源、VFSG電源都可以向ASG起動機(jī)提供電源。使用APU電瓶時，只有R2 EMP CMSC和右ASG啟動APU；使用外部電源時，左右ASG作為起動機(jī)依據(jù)日歷日交替使用，如圖1中標(biāo)號1、2、3線路所示。APU啟動開始時，APUC（auxiliary power unit controller）發(fā)出信號至BPCU（bus power control unit），BPCU配置可用的CMSC向ASG供電。ASG起動機(jī)工作，通過內(nèi)部齒輪帶動齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)，齒輪箱帶動發(fā)動機(jī)軸轉(zhuǎn)動，APU進(jìn)入啟動程序，點火、供油，當(dāng)APU達(dá)到50%轉(zhuǎn)速時，APUC向BPCU發(fā)出信號使ASG起動機(jī)斷電，ASG起動機(jī)功能脫離，如圖2所示。

3 ASG發(fā)電機(jī)工作原理

當(dāng)APU啟動后達(dá)到50%轉(zhuǎn)速時，ASG起動機(jī)功能脫離。此時APU繼續(xù)加速啟動，發(fā)動機(jī)軸帶動齒輪箱轉(zhuǎn)動，齒輪箱通過齒輪繼續(xù)帶動ASG轉(zhuǎn)動。當(dāng)APU轉(zhuǎn)速達(dá)到normal轉(zhuǎn)速時，兩臺ASG都作為發(fā)電機(jī)來提供電源。ASG發(fā)電機(jī)是一個油冷、三項交流無刷電機(jī)，ASG有一個交流勵磁發(fā)電機(jī)、一個主發(fā)電機(jī)和一個PMG（permanent magnetic generator），PMG有一個永磁轉(zhuǎn)子和一個定子。ASG在轉(zhuǎn)動時，PMG轉(zhuǎn)子在定子中感應(yīng)出交流電壓，并將此電壓輸出給AGCU（APU generator control unit）。AGCU整流PMG交流電壓為直流電壓，利用直流電壓通過勵磁繞組勵磁APU發(fā)電機(jī)，通過控制勵磁功率來控制發(fā)電機(jī)的輸出功率，最終使ASG發(fā)電機(jī)輸出為225KVA、235VAC、360～440Hz的三項交流電，如圖3所示。

4 ASG日常維護(hù)中的處理方法

日常維護(hù)中，如果飛機(jī)出現(xiàn)相應(yīng)的EICAS信息，可以進(jìn)行快速故障處理，識別出真假信息，如果信息可以消除，則正常放行；如果信息還在，且過站時間不足，可以參照相應(yīng)的MEL保留程序保留放行，具體保留章節(jié)號以及采取的措施有所不同；保留的故障可以等待過夜時間充足時參照相應(yīng)的FIM程序排故。以下為4個典型案例。

4.1 EICAS出現(xiàn)狀態(tài)信息ELEC APU STARTER L

這是APU啟動抑制、3次APU啟動失敗后出現(xiàn)的信息。應(yīng)至少等待30min使CMSC冷卻后再進(jìn)行地面測試24 Common Motor Starter Controllers，SYSTEM TEST，Left 1 CAC Motor Start Controller APU Start。如果故障消失，則正常放行；如果信息還在，應(yīng)參照MEL 24-22-02-03進(jìn)行左ASG起動機(jī)失效保留，但要求APU電瓶工作正常、APU SPU工作正常、右ASG發(fā)電機(jī)工作正常、右ASG起動機(jī)工作正常。

4.2 EICAS出現(xiàn)狀態(tài)信息ELEC APU STARTER R

如果同時出現(xiàn)ELEC APU START PWR UNIT和ELEC APU BATTERY狀態(tài)信息，可能是空中啟動APU所致（應(yīng)在啟動2min后再放起落架或落地后啟動）。應(yīng)循環(huán)重置跳開關(guān) CT2431805（SPU HOLD ON CONTROL）。如果沒有別的信息，APU啟動抑制，3次APU啟動失敗后出現(xiàn)的信息，需要至少等待30min讓CMSC冷卻。并進(jìn)行地面測試24 Common Motor Starter Controllers， SYSTEM TEST， Right 2 CAC Motor Start Controller APU Start和 24 Common Motor Starter Controllers， SYSTEM TEST， Right 2 EMP Motor Start Controller APU Start。故障消除則正常放行，如果故障還存在，則參照MEL 24-22-02-05進(jìn)行右ASG起動機(jī)失效保留，但要求左AGCU工作正常、左ASG發(fā)電機(jī)工作正常、左ASG起動機(jī)工作正常。

4.3 EICAS出現(xiàn)狀態(tài)信息ELEC GEN SYS APU L

出現(xiàn)此狀態(tài)信息，需要通過CMCF Existing Faults查看相應(yīng)的維護(hù)信息，涉及的維護(hù)信息代碼有24-18435、24-18445、24-18455、24-18465、24-18475、24-18485、24-18505，通過ESIC重置相應(yīng)跳開關(guān)。故障消失，則正常放行，如果故障還存在，則參照MEL 24-22-02-02進(jìn)行左ASG發(fā)電機(jī)失效保留，但要求APU電瓶工作正常、APU SPU工作正常、右ASG發(fā)電機(jī)工作正常、右ASG起動機(jī)工作正常、VFSG系統(tǒng)工作正常，飛行中必須保證180min內(nèi)有合適的備降機(jī)場；完成M項左ASG起動機(jī)解除工作；通知機(jī)組執(zhí)行O項程序。

4.4 EICAS出現(xiàn)狀態(tài)信息ELEC GEN SYS APU R

出現(xiàn)此狀態(tài)信息時，需要通過CMCF Existing Faults查看相應(yīng)的維護(hù)信息，涉及的維護(hù)信息代碼有24-18436、24-18446、24-18456、24-18466、24-18476、24-18486、24-18506，通過ESIC重置相應(yīng)跳開關(guān)。故障消失，則正常放行，如果故障還存在，則參照MEL 24-22-02-04進(jìn)行右ASG發(fā)電機(jī)失效保留，但要求左AGCU工作正常、左ASG發(fā)電機(jī)工作正常、左ASG起動機(jī)工作正常、VFSG系統(tǒng)工作正常，飛行中必須保證180min內(nèi)有合適的備降機(jī)場；完成M項右ASG起動機(jī)解除工作；通知機(jī)組執(zhí)行O項程序。

以往的排故經(jīng)驗中，出現(xiàn)EICAS狀態(tài)信息ELEC APU STARTER L/R后，通過快速故障處理無法消除故障的，后續(xù)通過更換L/R ASG可以排除故障；出現(xiàn)EICAS狀態(tài)信息ELEC GEN SYS APU L/R后，需要查詢相應(yīng)的故障信息，找出相應(yīng)的FIM程序，按照相應(yīng)的步驟來確定故障源，通過排故歷史查詢，更換GAPCU和ASG的頻率高一些，其他涉及的線路、插頭等故障的幾率小一些。

隨著國內(nèi)越來越多的航空公司選擇波音787飛機(jī)，該型飛機(jī)有很多方面與傳統(tǒng)飛機(jī)不一樣，要求在日常維護(hù)中改變思維。就ASG系統(tǒng)來說，一方面應(yīng)充分了解其工作原理，另一方面要掌握其在維護(hù)中的特征，面對故障時方能游刃有余。