飛機風擋加溫系統(tǒng)故障分析與排除

瑚洋 劉義國 常紅亮

摘要：針對某型飛機風擋玻璃加溫系統(tǒng)飛行過程中出現(xiàn)的故障，結(jié)合系統(tǒng)工作原理分析可能引發(fā)故障的原因，并進行相應的排查工作，最終進行了問題定位和排故總結(jié)。

關鍵詞：風擋加溫;故障分析;維修

中圖分類號：V276 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）11-0212-03

0 引言

為了保證飛行員關鍵視野區(qū)清晰，軍民用飛機都安裝有風擋加溫裝置。據(jù)統(tǒng)計，飛機風擋加溫系統(tǒng)的故障并不少見，而飛機風擋的結(jié)冰結(jié)霧，對飛行安全，特別是著陸時的安全危害很大，甚至會影響飛行員的判斷和操作，造成嚴重的飛行事故和安全隱患[1-3]。

1 故障現(xiàn)象

某型飛機飛行過程中，機組人員報告右前風擋玻璃內(nèi)表面溫度偏低，與左前風擋相比差異較大，而CAS（機組告警系統(tǒng)）上無相關告警信息。停機后地面測試，左/右前風擋內(nèi)表面溫度一致，判斷為偶發(fā)故障再次飛行，該故障重新出現(xiàn)。

2 系統(tǒng)原理

飛機風擋加溫系統(tǒng)由加溫控制器、控制面板、玻璃內(nèi)嵌的加熱元件、Pt1000溫度傳感器以及供電和控制線路組成。系統(tǒng)分為左右兩個完全相同且獨立的子系統(tǒng)，分別為相應側(cè)的風擋玻璃加熱。如圖1所示，駕駛員根據(jù)需求選擇溫控開關的檔位，加熱元件通電后使玻璃溫度升高，從而防止前風擋外表面結(jié)冰，并消除前風擋、通風窗與側(cè)風擋內(nèi)表面的水霧。

加溫控制器具有自檢測功能，用于控制玻璃溫度和系統(tǒng)故障隔離。系統(tǒng)工作過程中，控制器對溫度傳感器和加熱元件的工作狀態(tài)持續(xù)監(jiān)控，一旦出現(xiàn)故障，即發(fā)送故障信息至CAS。風擋具有強、弱兩檔不同的能量調(diào)節(jié)水平，每塊玻璃內(nèi)嵌3個溫度傳感器，分別用于溫度控制、過熱監(jiān)控和備份。當加溫控制器監(jiān)控到無輸入電壓、傳感器短路或斷路、風擋超溫（≥60℃）、錯誤的電流閥值等情況時會切斷電源，同時CAS上會出現(xiàn)風擋加溫失效的故障信息。

3 故障原因分析

通過對風擋加溫系統(tǒng)的構(gòu)型和原理進行分析，造成風擋空中“低溫”且CAS（機組告警系統(tǒng)）無告警的故障原因有以下幾種，具體分析邏輯框如圖2所示。

4 故障排查

由于該故障在空中發(fā)生，地面測試時沒有復現(xiàn)，因此不能通過對調(diào)左/右加溫控制器來簡化排故過程，需針對每一項故障原因逐一分析排查。

4.1 溫度傳感器故障

如果右前風擋內(nèi)嵌溫度傳感器發(fā)生漂移，但并未達到超溫告警值60℃，可能導致采集溫度值比實際溫度值偏高，進而導致加溫控制器對右前風擋的實際控制溫度低于目標值32℃，玻璃內(nèi)表面溫度偏低。對溫度傳感器阻值進行測量，環(huán)境溫度約27℃時，3個溫度傳感器的阻值分別為1105Ω（27.0℃）、1108Ω（27.8℃）和1110Ω（28.3℃），結(jié)果均在正常范圍內(nèi)，排除了故障原因A。

4.2 加熱元件故障

玻璃內(nèi)嵌的加熱元件阻值增大會導致回路電流減小，玻璃加溫功率降低，從而使風擋內(nèi)表面溫度低于正常值。對右前風擋加溫元件極間電阻進行測量，結(jié)果均在合理的范圍內(nèi)，排除了故障原因C。

4.3 加溫控制器故障

（1）如果加溫控制器的溫度采集模塊故障，即控制器采集溫度高于玻璃實際溫度，且采集點落在在目標值與60℃之間，就會造成風擋既不加溫也不報故。分別在常溫、高溫、低溫、振動以及低氣壓等不同環(huán)境條件下，使用標準電阻器模擬溫度傳感器，對控制器溫度采集模塊進行精度測試，試驗結(jié)果表明控制器采集精度滿足要求。采用目視和電鏡觀察采集電路，未發(fā)現(xiàn)有斷裂、虛焊現(xiàn)象，排除了故障原因D。

（2）針對控制器加溫控制模塊及CAN通訊模塊故障，開展控制器控制功能和告警功能測試。將風擋加溫控制開關分別置于“弱”檔和“強”檔，經(jīng)測量前風擋溫度達到加溫目標值后，控制器無驅(qū)動電流輸出，試驗結(jié)果表明控制器控制功能正常。進行系統(tǒng)機上地面功能檢查，斷開右風擋溫控斷路器，將控制旋鈕置于“弱”檔，CAS上出現(xiàn) “右前風擋加溫失效”、“右通風窗加溫失效”和“右側(cè)風擋加溫失效”的故障信息，試驗結(jié)果表明加溫控制器CAN通訊模塊正常，系統(tǒng)故障可以正常報出，由此排除故障原因E。

（3）分析系統(tǒng)在地面和空中工作環(huán)境的不同，開展系統(tǒng)振動功能試驗。使用負載箱代替玻璃，電阻箱模擬玻璃內(nèi)嵌溫度傳感器，試驗中調(diào)節(jié)電阻箱阻值，同時用示波器監(jiān)測振動前和振動中的負載波形。振動試驗條件按照圖3執(zhí)行，試驗軸向為X、Y、Z三個軸向，如圖4所示，試驗時間為1h。

振動功能試驗開始之前，示波器監(jiān)測波形如圖5所示，當試驗進行到Z方向時，波形出現(xiàn)變化，如圖6所示。針對圖5和圖6的波形幅值進行電流計算，在Z方向施加振動時輸出波形幅值減小，加溫電流明顯低于正常值。

將控制器拆開后發(fā)現(xiàn)某插座的D針和E針松動，一旦控制器振動，插針壓線處就會虛接。根據(jù)加溫控制器的工作原理，如圖7所示，插座的D針和E針分別連接前風擋玻璃供電的A相和B相，導線虛接將直接導致加溫回路的接觸電阻增大，加溫電流偏小，從而造成玻璃加溫功率不足，內(nèi)表面溫度低。另外，由于故障電流并沒有低于加溫控制器最低電流告警閾值，因此控制器不輸出故障信息。由此確定加溫控制器內(nèi)部加溫回路故障。

針對上述故障原因，對加溫控制器插座的插針重新壓接之后，對風擋加溫系統(tǒng)進行常溫和高低溫試驗、振動功能試驗，系統(tǒng)工作正常。更換維修后的加溫控制器，后續(xù)飛行過程中該故障不再出現(xiàn)。

5 結(jié)語

通過進行以上的故障分析及排查方案的實施，證明系統(tǒng)故障原因確實為加溫控制器內(nèi)部加溫回路故障，導致右前風擋在空中加溫功率不足，內(nèi)表面溫度偏低。此例故障為某型飛機試飛過程中首次發(fā)現(xiàn)的疑難故障，文中結(jié)合系統(tǒng)原理和故障原因邏輯框圖進行故障排查，為以后飛機風擋加溫系統(tǒng)的排故提供了思路和經(jīng)驗，有一定參考價值。

參考文獻

[1] 裘燮綱，韓鳳華.飛機防冰系統(tǒng).北京：航空專業(yè)教材編審組，1985.

[2] 常士楠.飛機風擋防（ 除）霧系統(tǒng)安全性能分析[J].中國安全科學學報，1998，8（4）：35-38.

[3] 馮斌.EMB145風擋加溫故障的分析排除[J].江蘇航空，2011（1）：47-48.