關(guān)于直升機(jī)多功能顯示器掉電問(wèn)題淺析

張宇，楊宇航，齊叢生

（中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西景德鎮(zhèn)，3330000）

0 引言

直升機(jī)地面電源啟動(dòng)后，脫開(kāi)地面電源插頭時(shí)多次出現(xiàn)多功能顯示器掉電的問(wèn)題。因此，針對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行故障定位并進(jìn)行機(jī)理分析，定位故障原因?yàn)殡娫床孱^正端針腳長(zhǎng)短不一，誤觸發(fā)直流配電控制盒內(nèi)部的短路保護(hù)插件執(zhí)行短路保護(hù)，導(dǎo)致匯流條無(wú)法正常上電，出現(xiàn)多功能顯示器掉電現(xiàn)象。

1 配電系統(tǒng)的概述

直升機(jī)配電系統(tǒng)又被稱(chēng)為直升機(jī)的大腦，它的主要作用是對(duì)電能的管理、分配、控制、傳輸[1]。配電系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)或其他電源輸出的電能分配、傳輸至匯流條，在通過(guò)匯流條對(duì)機(jī)上各用電設(shè)備進(jìn)行有效分配，管理并保護(hù)用電設(shè)備。

對(duì)應(yīng)不同種類(lèi)的供電電源，配電系統(tǒng)分為直流配電系統(tǒng)和交流配電系統(tǒng)兩種類(lèi)型[2]。在只有交流發(fā)電機(jī)供電的配電系統(tǒng)中，包含交流配電系統(tǒng)和低壓直流配電系統(tǒng)，直流電需通過(guò)交流電整流得到。在既有交流發(fā)電機(jī)供電又有直流發(fā)電機(jī)供電的配電系統(tǒng)中，交流配電系統(tǒng)和直流配電系統(tǒng)同時(shí)存在直流配電系統(tǒng)的配電方式包括輻射式、封閉式、混合式三種方式[3]。交流配電方式多為輻射式配電方式。對(duì)于飛機(jī)上重要的用電設(shè)備采用多路供電方式，在一路供電出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)連接另外一路，提高用電可靠性。

按照匯流條到用電設(shè)備之間的配電方式，配電系統(tǒng)分為集中式配電、分散式配電、混合式配電等三種方式[4]。

集中式配電：這種配電方式的優(yōu)勢(shì)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、保證線路上電能的穩(wěn)定傳輸。其缺點(diǎn)在于這種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)如果出現(xiàn)短路故障，會(huì)導(dǎo)致所有用電設(shè)備同時(shí)無(wú)法工作，造成安全事故；所有用電設(shè)備均由中央配電盒進(jìn)行供電，造成中央配電盒結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大。

分配式配電：這種配電方式的優(yōu)勢(shì)在于在系統(tǒng)正常工作的時(shí)候，各配電通道的線纜之間不連接，當(dāng)其中一個(gè)供電電源發(fā)生故障時(shí)，該匯流條上的其他設(shè)備可以通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)獲取其他供電電源的電能，僅一部分電路受到影響，提高了供電可靠性。其缺點(diǎn)在于這種分配式的配電方式對(duì)于發(fā)電機(jī)的性能要求比較高，當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)容量不夠的情況時(shí)，這時(shí)用電設(shè)備的電壓會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，造成供電不穩(wěn)，出現(xiàn)部分設(shè)備誤警報(bào)。

混合式配電：這種配電方式的優(yōu)勢(shì)在于用電設(shè)備可以就近的獲取電能，有效地降低了輸電線纜的長(zhǎng)度，使得中央配電盒的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、體積減小，并且易于檢查和維護(hù)。其缺點(diǎn)與集中式配電方式相似，當(dāng)中央?yún)R流條出現(xiàn)短路故障時(shí)，會(huì)造成所有用電設(shè)備無(wú)法正常工作。

該型直升機(jī)配電系統(tǒng)采用混合式配電方式，其內(nèi)部包括直流配電系統(tǒng)和交流配電系統(tǒng)。

直流配電系統(tǒng)設(shè)置了左、右發(fā)電機(jī)主匯流條、發(fā)電機(jī)匯流條、卸載匯流條和蓄電池直接匯流條。重要負(fù)載采用雙電源供電；最重要用電負(fù)載采用發(fā)電機(jī)匯流條和蓄電池直接匯流條雙電源供電；次要用電設(shè)備采用卸載匯流條單電源供電，應(yīng)急時(shí)可直接從電網(wǎng)卸除。保護(hù)配電電路的熔斷器或斷路器直接和配電匯流條相連。

交流配電系統(tǒng)設(shè)置左側(cè)115V單相匯流條、左側(cè)26V單相匯流條、右側(cè)115V單相匯流條、右側(cè)26V單相匯流條。以上匯流條均連接在左、右變流器的輸出端，左右變流器的輸入端連接在左、右發(fā)電機(jī)的主匯流條上。

2 故障原因

2.1 故障分析

在解決上述故障之前，需確認(rèn)故障位置及故障原因。首先對(duì)機(jī)上相關(guān)設(shè)備（直流發(fā)電機(jī)、直流配電控制盒、多功能顯示器等供電、配電、用電設(shè)備）及地面電源轉(zhuǎn)雙側(cè)發(fā)電機(jī)供電操作進(jìn)行檢查，確認(rèn)機(jī)上設(shè)備均正常工作，相關(guān)轉(zhuǎn)電操作無(wú)問(wèn)題。進(jìn)而初步判斷為配電系統(tǒng)和各部件的連接關(guān)系中存在問(wèn)題并對(duì)其進(jìn)行檢查分析，在檢查直流配電控制盒與其他的設(shè)備的連接關(guān)系發(fā)現(xiàn)直流配電控制盒內(nèi)部右地面電源輔助繼電器的控制信號(hào)從地面電源插頭的短針獲取，左地面電源輔助繼電器的控制信號(hào)從地面電源插頭的長(zhǎng)針獲?。ㄈ鐖D1所示），在實(shí)際的設(shè)計(jì)中直流配電控制盒內(nèi)左右兩側(cè)地面電源輔助繼電器的控制信號(hào)均應(yīng)從地面電源插頭的短針獲取。

圖1 直流配電控制盒系統(tǒng)與電源插頭連接圖

由于地面電源插頭的針腳長(zhǎng)短不一，在脫開(kāi)地面電源插頭時(shí)，短針先斷開(kāi)，長(zhǎng)針后斷開(kāi)，這樣就會(huì)使兩個(gè)控制信號(hào)之間存在一定的間隔，并且直流配電控制盒內(nèi)部存在保護(hù)邏輯，當(dāng)兩個(gè)控制信號(hào)之前存在的時(shí)間間隔大于50ms時(shí)，直流配電控制盒內(nèi)部的短路保護(hù)插件就會(huì)執(zhí)行短路保護(hù)操作，導(dǎo)致匯流條上無(wú)電，進(jìn)而使得多功能顯示器出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

2.2 故障復(fù)現(xiàn)

為了驗(yàn)證多功能顯示器掉電現(xiàn)象是由地面電源插頭針腳長(zhǎng)短不一，觸發(fā)直流配電控制盒短路保護(hù)導(dǎo)致，故在直升機(jī)地面電源起動(dòng)后進(jìn)行不同速度脫開(kāi)地面電源插頭的試驗(yàn)驗(yàn)證。

(1)地面電源啟動(dòng)后，快速脫開(kāi)地面電源插頭，多功能顯示器工作正常，并未出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

(2)地面電源啟動(dòng)后，以正常速度脫開(kāi)地面電源插頭，多功能顯示器偶爾會(huì)出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

(3)地面電源啟動(dòng)后，采用緩慢的速度脫開(kāi)地面電源插頭，多功能顯示器無(wú)法正常工作，出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

通過(guò)觀察上述試驗(yàn)現(xiàn)象，可以得到地面電源啟動(dòng)后，脫開(kāi)地面電源插頭多功能顯示器出現(xiàn)掉電現(xiàn)象的原因是左地面電源輔助繼電器線圈正端取電位置不符合設(shè)計(jì)要求，在脫開(kāi)地面電源插頭時(shí)，右地面電源輔助繼電器相連的短針先脫開(kāi)，左地面電源輔助繼電器相連的長(zhǎng)針后脫開(kāi)，兩個(gè)控制信號(hào)的時(shí)間間隔大于50ms的時(shí)候，觸發(fā)直流配電控制盒內(nèi)部的短路保護(hù)操作，導(dǎo)致多功能顯示器出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

3 機(jī)理分析

3.1 正常供電時(shí)的工作邏輯

在正常的工作狀態(tài)下，地面電源啟動(dòng)后，直升機(jī)此時(shí)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，為使直升機(jī)離地飛行，需從地面電源供電轉(zhuǎn)為直升機(jī)發(fā)電機(jī)供電，脫開(kāi)地面電源插頭，地面電源插座上短針斷開(kāi)，后端反流保護(hù)器的控制線圈上電，當(dāng)右側(cè)發(fā)電機(jī)電壓超過(guò)蓄電池電壓時(shí)，反流保護(hù)器上的觸點(diǎn)對(duì)線路接觸器（反流保護(hù)器內(nèi)部）線圈通電，線路接觸器接通，將右側(cè)發(fā)電機(jī)的饋線與直升機(jī)電源系統(tǒng)連接到一起。此時(shí)右側(cè)發(fā)電機(jī)與主匯流條相連。當(dāng)左側(cè)發(fā)電機(jī)電壓超過(guò)蓄電池電壓時(shí)，其情況相同。

3.2 當(dāng)前設(shè)計(jì)缺陷的機(jī)理分析

直流配電控制盒系統(tǒng)原理框圖如圖2 所示。

圖2 直流配電控制盒系統(tǒng)原理圖

直升機(jī)在地面啟動(dòng)后，轉(zhuǎn)雙發(fā)供電的過(guò)程中，由于左側(cè)地面電源輔助繼電器線圈正端取電位置設(shè)計(jì)不合理，在斷開(kāi)地面電源插頭的過(guò)程中出現(xiàn)地面電源接觸器斷開(kāi)，右側(cè)地面電源輔助繼電器相連的短針先斷開(kāi)，右側(cè)發(fā)電機(jī)接觸齊正常連接、成功并網(wǎng)，右側(cè)匯流條存在電流，而左側(cè)輔助繼電器相連的長(zhǎng)針此時(shí)并未斷開(kāi)，后端反流保護(hù)器的控制線圈仍與地面電源插頭連接，反流保護(hù)器的控制線圈未能上電，左側(cè)發(fā)電機(jī)端電壓仍低于蓄電池電壓，反流保護(hù)器上的觸點(diǎn)對(duì)線路接觸器線圈未接通，線圈接觸器未接通，左側(cè)發(fā)電機(jī)未能成功并網(wǎng)，左側(cè)匯流條無(wú)電流。這時(shí)左右兩側(cè)的匯流條會(huì)產(chǎn)生28V的電壓差，如果地面電源插頭緩慢脫開(kāi)，當(dāng)左右兩側(cè)的控制信號(hào)相差超過(guò)50ms時(shí)，會(huì)使得直流配電控制內(nèi)的短路保護(hù)插件（直流配電控制盒內(nèi)部短路保護(hù)插件中設(shè)有延時(shí)電路，延時(shí)電路設(shè)置時(shí)間為50ms）按照短路保護(hù)邏輯（短路保護(hù)插件的保護(hù)邏輯為同時(shí)對(duì)左、右兩側(cè)匯流條上的電壓進(jìn)行采集和判斷，當(dāng)兩側(cè)電壓差值超過(guò)12V時(shí)，執(zhí)行保護(hù)）執(zhí)行短路保護(hù)，使得左側(cè)反流保護(hù)器、左側(cè)轉(zhuǎn)換接觸器、蓄電池左接觸器無(wú)法正常連通，左側(cè)匯流條無(wú)法正常上電，最終出現(xiàn)多功能顯示器掉電現(xiàn)象。如果地面電源插頭脫開(kāi)的速度很快，即左右兩側(cè)的控制信號(hào)相差小于50ms，此時(shí)不執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)邏輯，左側(cè)反流保護(hù)器、左側(cè)轉(zhuǎn)換接觸器、蓄電池左接觸器正常連通，左側(cè)匯流條正常上電，多功能顯示器正常工作。

4 糾正措施

針對(duì)該型直升機(jī)地面電源啟動(dòng)后，脫開(kāi)地面電源插頭時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)多功能顯示器掉電的問(wèn)題，采取以下的更改措施：

(1)將左側(cè)地面電源輔助繼電器線圈的正端接線由地面電源插頭的長(zhǎng)針更改為短針（如圖3所示）。即使得左、右地面電源輔助繼電器線圈的正端接線均采自同一個(gè)地面電源插頭的短針，這樣左、右地面電源輔助繼電器的控制信號(hào)均從地面電源插頭的短針獲取，兩個(gè)控制信號(hào)之前不存在時(shí)間間隔，故直流配電控制盒不會(huì)觸發(fā)短路保護(hù)，多功能顯示器可以正常工作。

圖3 左側(cè)地面電源輔助繼電器接線更改圖

(2)進(jìn)行舉一反三，該型號(hào)產(chǎn)品生產(chǎn)為批量生產(chǎn)，故此故障問(wèn)題并不是單一產(chǎn)品問(wèn)題，在其他直升機(jī)所使用的該型號(hào)產(chǎn)品也存在著同樣的問(wèn)題，應(yīng)該逐一落實(shí)并采取上述辦法解決。同時(shí)對(duì)比其他型號(hào)的直流配電控制盒是否存在相同問(wèn)題，并進(jìn)行升級(jí)改進(jìn)。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證所采用的更改措施可以切實(shí)的解決上述故障，對(duì)故障直流配電控制盒內(nèi)部接線關(guān)系進(jìn)行更改，左側(cè)地面電源輔助繼電器線圈的正端接線由地面電源的長(zhǎng)針更改為短針，使用地面電源車(chē)起動(dòng)直升機(jī)進(jìn)行地面開(kāi)車(chē)驗(yàn)證，采用不同速度脫開(kāi)地面電源插頭，觀察多功能顯示器的工作狀態(tài)。

(1)地面電源起動(dòng)后，快速脫開(kāi)地面電源插頭，多功能顯示器正常工作，并未出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

(2)地面電源起動(dòng)后，以正常速度脫開(kāi)地面電源插頭，多功能顯示器正常工作，并未出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

(3)地面電源起動(dòng)后，采用緩慢的速度脫開(kāi)地面電源插頭，多功能顯示器正常工作，并未出現(xiàn)掉電現(xiàn)象。

綜合上述試驗(yàn)驗(yàn)證現(xiàn)象，無(wú)論采取何種速度脫開(kāi)地面電源插頭，多功能顯示器均可以正常工作，并為出現(xiàn)掉電現(xiàn)象，故上述更改措施切實(shí)有效。

6 結(jié)論

綜上所述，直升機(jī)地面電源啟動(dòng)后，脫開(kāi)地面電源插頭時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)多功能顯示器掉電的問(wèn)題是由于地面電源插頭的針腳長(zhǎng)短不一，匯流條無(wú)法正常上電，最終出現(xiàn)多功能顯示器掉電。其故障定位、故障復(fù)現(xiàn)、機(jī)理分析清晰明確，制定了有效的糾正措施，并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)更改機(jī)上直流配電控制盒內(nèi)部地面電源輔助繼電器線圈的接線關(guān)系，可以有效避免此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生，保證直升機(jī)的使用安全。