某型飛機環控系統調節活門故障分析

葛俊　樂婷　宋冬

【摘 要】環控系統保障飛行員及電子設備的工作環境，出現故障將會影響飛行安全。針對某型飛機環控系統調節活門故障，分析其工作原理，排查其故障原因，并對故障原件——微動開關進行深入分析，并提出改進措施，為同類型產品維修工作提供參考及借鑒。

【關鍵詞】環控系統;調節活門;微動開關;故障

中圖分類號： V245.3 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）29-0024-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.29.010

在飛行過程中，飛機環控系統向座艙輸入一定壓力、溫度的新鮮空氣，滿足飛行員的生理需求，同時防止飛機擋風玻璃凝結水汽。同時，環控系統冷卻設備艙，保證電子設備的正常工作。某型飛機環控系統自高壓壓氣機第七級引氣，高溫高壓引氣分為“冷路”和“熱路”兩條流路，“熱路”空氣經過調節活門后與“冷路”空氣匯合，輸送到飛機座艙中，并使座艙溫度自動保持在15～25℃。調節活門通過電動機構驅動機械活門，調節熱空氣的流量，從而保證座艙溫度滿足要求。

由于調節活門工作環境溫度較高，在飛機外場工作過程中，經常出現調節活門故障，影響飛機環控系統的正常工作，甚至危及飛行設備乃至飛行人員的安全。因此，針對該型飛機出現的調節活門，本文對故障現象進行深入分析，并提出排故措施，為環控系統排故提供參考。

1 故障現象描述

某型飛機在外場地面開車過程中，環控系統工作出現故障。改變調節活門的活門開度以調節進入座艙的熱空氣流量時，發現調節活門極限位置指示燈無法正常工作，活門關閉位置處指示燈始終未亮。在外場初步判斷調節活門發生了卡滯現象，因此更換調節活門并將其故障件返回公司修理。

2 調節活門工作原理

調節活門由機械活門與調節電機組成，其原理圖如圖1所示，圖中零件5為電機，零件11為球形閥門。電機輸出軸與球形閥門嚙合，帶動球形閥門轉動。調節活門工作時，按照溫度調節規律向電機提供電操縱信號，電機輸出軸從而向右或向左旋轉并轉動球形閥門，以減小或增大機械部分熱空氣流道的面積，從而改變進入飛機環控系統熱空氣的流量。

3 故障排查

根據調節活門工作原理，編制調節活門故障樹如圖2所示，引起調節活門卡滯、極限位置指示燈未亮的原因可能有以下幾種情況。

圖1 調節活門原理圖

圖2 調節活門故障樹

1）機械故障：機械部分球形閥門旋轉過程中與殼體之間的摩擦阻力過大，球形閥門在某一位置發生卡滯，導致極限位置指示燈不亮。

2）電機故障：由于碳刷、轉子或機械傳動部分出現故障導致直流電機無法正常工作，從而導致指示燈工作失常。

3）電器故障：電機電路上導線、插頭或微動開關等故障，導致指示器所在線路無法形成通路，導致故障發生。

圖3 調節活門卡滯故障排查流程

調節活門故障件返回公司后，檢查球形閥門處于中間位置，按照圖3排查流程進行故障排查。

將調節活門插頭連接控制試驗箱，線路順利接通，并可以施加“左轉”、“右轉”指示信號，排除插頭故障。

線路接通后，向調節活門施加“左轉”、“右轉”信號，電機正常旋轉，排除電機故障。

調節活門運轉過程中，球形閥門運轉靈活無卡滯，排除活門機械故障。

當向調節活門施加“左轉”信號，使其向“開”的方向工作，到達極限位置處，“打開”指示燈點亮;再向活門施加“右轉”信號球形閥門關閉時，到達極限位置處，電機停止工作，觀察球形閥門處于關閉狀態，但未能點亮“關閉”指示燈。因此將產品故障點定位在“關”指示燈所在的電機線路中，回路中導線或微動開關接觸不良或斷路，從而導致故障現象的發生。考慮到導線斷路難以定位，在排故過程中更換了關閉位置處的微動開關，重新運轉調節活門，活門運轉正常，“打開”、“關閉”位置處指示燈均能正常點亮，故障排除。

4 故障原因分析

從調節活門原理及實驗情況分析，故障點基本定位在微動開關上。為了進一步查找微動開關的故障原因，對微動開關工作原理進行分析，并繼續對微動開關進行相關實驗。

4.1 工作原理

調節活門依靠電機帶動旋轉工作，通過凸輪將外部機械力作用于開關柱塞上，從而壓縮簧片使之運動使得動觸點與定觸點快速接觸或脫離。如圖4所示，為調節活門上微動開關原理圖，當球形閥門運動到極限位置時，在凸輪施加的動作力作用下，開關柱塞向下運動，壓縮簧片使微動開關動觸點與定觸點2、3快速接觸，接通指示器所在回路;撤去作用力后，簧片上產生反向的釋放力，在釋放力的作用下開關柱塞回歸原位，微動開關回歸自由狀態，接通微動開關1、4觸點，指示燈熄滅，電機開始旋轉運動。

圖4 微動開關原理圖

4.2 性能測試

圖5 微動開關主要性能參數

圖5所示為微動開關主要性能參數示意圖，拆下調節活門的微動開關后，采用專業千分尺測試分別測量樣件的預行程、超行程、差動行程，采用測力計測試產品作動力和釋放力，測量結果如表1所示，樣件的測量結果在技術要求范圍之內。

表1 微動開關樣件測試數據

拆下微動開關并標記開、關位置，用直流低電阻測試儀測量產品的接觸電阻。分別對故障產品和新品進行20次對比測量實驗，結果如表2所示。

對于此微動開關，正常工作時接觸電阻要 求不大于50。從表2測量結果中可以看出，在20次測量過程中，故障件樣品有8次發生瞬時電阻超差現象，而穩定電阻均在要求范圍之內。因此，本文判斷微動開關故障點在接觸點處，從而導致瞬時接觸電阻超差，并繼續對微動開關分解檢查。

4.3 分解檢查

對微動開關進一步分解，檢查內部結構，彈簧、凸塊未發現明顯的異物、污染情況，但由于微動開關依靠電弧工作，在觸點處有明顯的積碳現象，分別如圖6、圖7所示。

圖6 微動開關觸點積碳

圖7 微動開關觸點積碳情況（右側觸點）

由于微動開關觸點積碳，使得微動開關觸點接觸面凹凸不平，只有少數接觸點與簧片形成真正的接觸，電流流經開關時導流截面變小，收縮電阻增大，從而導致微動開關瞬時接觸電阻增大。當調節活門旋轉到關閉位置時，由于微動開關觸點存在積碳，接觸不良，不能輸出正確的關閉信號給飛機座艙，導致座艙內指示燈未能點亮，故飛行員判定調節活門處于卡滯狀態。

5 改進措施

當前條件下，修理調節活門時，僅要求檢查微動開關的外觀是否有裂紋，檢測接通時接觸電阻不大于50（且未考慮瞬時接觸電阻超差的情況）。而在微動開關工作過程中，隨著工作次數的增加，觸點在電弧作用下極易積碳，導致回路接觸不良從而故障頻發，但修理過程中未對微動開關拆解檢查觸點積碳情況。相較于深修而言，該型微動開關采購單價較低，因此建議在調節活門大修過程中將微動開關列為必換件，從而降低故障率。

6 結論

通過分析調節活門的工作原理，準確定位了故障點，并對故障元件微動開關進一步深入剖析，確定觸點積碳是導致調節活門指示燈不能正常工作的根本原因。考慮到微動開關價值低、深修意義不大，提出了在大修過程中更換微動開關的建議，有助于降低調節活門的故障率，保障了飛機環控系統的安全工作。

【參考文獻】

[1]趙維義，張泰峰，楊曉華.飛機環控典型故障分析[J].裝備環境工程.

[2]張忠州，符鵬.某型飛機環控系統引氣中斷故障診斷[J].航空維修與工程.