基于故障樹的飛機燃油增壓泵過流故障模型建立與分析

樊綱旗，王海強，董瑾

基于故障樹的飛機燃油增壓泵過流故障模型建立與分析

樊綱旗，王海強，董瑾

（航空工業(yè)西飛，陜西 西安 710089）

針對某型飛機在地面通電檢查過程中偶發(fā)的飛機Ⅴ組油箱處的燃油增壓泵（以下簡稱油泵）不工作故障，基于故障樹分析法，對油泵偶發(fā)起動時過流保護情況進行了分析和診斷。提出的基于故障樹分析法在工程實踐中是可行的，并具有一定的實用價值。

故障樹；起動電流；過流保護；油箱

1 引言

某型飛機地面通電檢查過程中，偶發(fā)飛機Ⅴ組油箱處的油泵不工作故障，嚴重影響飛行安全。鑒于油泵供油的重要性，有必要仔細研究故障的產生機理，建立故障樹模型，尋求有效的解決辦法。

2 故障內容

通過對機上數(shù)據(jù)采集，發(fā)現(xiàn)油泵的起動電流明顯偏大，基本維持在峰值90 A、脈寬2 ms左右的水平，此時油泵能正常起動工作；偶爾出現(xiàn)峰值93 A、脈寬3.1 ms的情況，此時油泵起動失敗不工作。

經故障分析排查，油泵設計有過流保護功能，當油泵工作電流峰值大于83.3 A且脈寬大于2.8 ms時，驅動組件關閉三相輸出，切斷電流，油泵停止工作。當油泵出現(xiàn)過流保護后，關閉油泵電源再重新上電，油泵自動恢復工作。該故障原因為Ⅴ組油泵起動電流超過了油泵預先設置的過流保護門限，觸發(fā)了過流保護，致使Ⅴ組油泵無法起動工作。

3 故障樹模型

地面通電檢查過程中偶發(fā)出現(xiàn)飛機Ⅴ組油箱處的油泵不工作故障。通過飛機上故障復現(xiàn)，油泵起動電流超過了油泵預先設置的過流保護門限，觸發(fā)了過流保護。故障樹模型如圖1所示。

圖1 起動時過流保護故障樹

4 故障分析與確認

4.1 連接電纜故障X1

對飛機上油泵插座插針與連接線纜檢查，進行導通及絕緣電阻檢測。插座內無多余物而且線纜連接可靠，可排除連接電纜故障X1。

4.2 供電種類不同X2

對油泵供電電源進行不同種類的起動油泵試驗，飛機上通電由地面電源起動Ⅴ組油泵與飛機上電源變壓整流器起動Ⅴ組油泵（分別由1臺變壓整流器、2臺變壓整流器、3臺變壓整流器、4臺變壓整流器起動油泵）。試驗油泵起動電流基本維持在峰值90 A、脈寬2 ms左右，且波形無差異。可排除供電種類X2不同引起的故障。

4.3 油泵安裝方向差異X3

油泵在飛機上安裝的安裝方式有2種，即垂直方向安裝和水平方向安裝。Ⅵ組油箱是水平方向安裝，Ⅴ組油泵是垂直方向安裝。飛機上拆下油泵分別在Ⅵ組油箱、Ⅴ組油箱位置處，油泵處于水平和垂直方向分別起動油泵短時工作。當油泵在Ⅵ組油箱位置時，起動電流基本維持在峰值75 A、脈寬2 ms左右且波形無差異；在Ⅴ組油箱位置時起動電流基本維持在峰值90 A、脈寬2 ms左右且波形無差異。可排除油泵安裝方向X3差異引起的故障。

4.4 油箱油量差異X4

油箱油量差異會引起勢能不同，會影響油泵起動時負載的變化。飛機上Ⅴ組油箱分別為油箱滿油、油箱半油、油箱無油時，3種情況可分別起動油泵。試驗油泵起動電流基本維持在峰值90 A、脈寬2 ms左右且波形無差異。可排除油箱油量差異X4引起的故障。

4.5 過流保護誤動作X5

油泵的過流保護門限值設定為電流峰值大于83.3 A且脈寬大于2.8 ms。如果油泵的實際過流保護門限值下移，會造成油泵誤保護的情況出現(xiàn)。在飛機上進行故障復現(xiàn)的過程中，當起動電流為峰值90 A、脈寬2 ms左右時油泵均能正常起動工作，當起動電流為峰值93 A、脈寬3.1 ms時油泵才出現(xiàn)起動失敗不工作的情況，因此過流保護誤動作X5可以排除。

4.6 油泵短路X6

油泵短路必然起動電流大，觸發(fā)過流保護功能造成油泵起動失敗不工作，在此情況下油泵應表現(xiàn)為重新上電也起動失敗不工作，但實際情況是故障油泵在出現(xiàn)起動失敗不工作后重新上電又能正常起動工作，因此油泵短路X6可以排除。

4.7 供電電壓異常增大X7

在飛機上進行故障復現(xiàn)的過程中，對Ⅴ組油箱油泵的供電電壓和起動電流同時進行了監(jiān)控，在所有起動試驗過程中起動電流瞬態(tài)增大時供電電壓均同時被拉低，未發(fā)現(xiàn)供電電壓異常增大的情況，因此供電電壓異常增大X7可以排除。

4.8 供電線纜內阻小X8

油泵內阻和供電線纜的內阻構成系統(tǒng)內阻，系統(tǒng)內阻越小起動電流越大。油泵電機在起動瞬間為純阻性負載，內阻很小，供電線纜的內阻對系統(tǒng)內阻的影響較大。飛機Ⅳ組油箱油泵的飛機上供電線纜長度為22～32 m，系統(tǒng)內阻大，起動電流峰值不大于75 A；Ⅴ組油箱油泵的飛機上供電線纜長度僅為5.4～6 m，系統(tǒng)內阻小，起動電流峰值在90 A左右。將Ⅴ組油箱油泵的飛機上供電線纜長度增加19.8 m后，起動電流峰值降為在65 A左右，故障不再出現(xiàn)，因此供電線路內阻小X8不能排除。不同電纜長度下的起動電流峰值如圖2所示。

圖2 不同電纜長度下的起動電流峰值圖

4.9 分級起動方案參數(shù)取值不合理X9

為減小起動電流的沖擊，設計上采用了分級起動方案，先以低轉速起動，再逐步爬升到預定的轉速。在機上實測時，油泵在飛機上Ⅳ組油箱處的起動電流峰值均不超過75 A，但在Ⅴ組油箱處的起動電流峰值均在90 A左右，說明在供電線纜長度較短的情況下，油泵未能實現(xiàn)對起動電流有效控制，因此分級起動方案參數(shù)取值不合理X9不能排除。

經過以上排查，連接電纜故障X1、供電電源種類不同X2、安裝方向差異X3、油箱油量差異X4、過流保護誤動作X5、產品短路X6、供電電壓異常增大X7，故障條件可以排除。供電線纜內阻小X8，分級起動方案參數(shù)取值不合理X9不能排除。

5 改進措施

針對油泵供電線路內阻小和分級起動方案參數(shù)取值不合理導致起動電流大的問題，確定采取調整分級起動電路中6個電阻阻值來降低起動電流的改進措施。將更改后的油泵安裝到飛機的左Ⅴ組油箱處，按實際使用情況在28.5 V工作電壓情況下共進行多次起動試驗，油泵均起動正常。實測起動電流峰值不大于23 A、脈寬不大于3.18 ms。

6 總結

油泵采用的分級起動方案由于初始電壓參數(shù)設置不合理，未考慮不同機型、不同位置油泵供電線纜長度存在差異造成系統(tǒng)內阻不同的實際情況，當某組油箱油泵供電線纜長度短時，系統(tǒng)內阻小，導致起動電流增大，觸發(fā)過流保護功能不工作。

通過改進飛機上驗證工作的試驗數(shù)據(jù)，可以證明該故障定位準確、機理清楚、改進措施有效，有效避免了該故障的再次發(fā)生，同時也提高了油泵可靠性和安全性，確保了產品交付的質量和要求。

［1］何金徠.淺談飛機重復性故障的解決方案［J］.航空維修與工程，2003（4）：50-51.

V267

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.23.033

2095－6835（2019）23－0078－02

樊綱旗（1972—），男，陜西西安人，研究生，研究員級工程師，研究方向為飛機供配電系統(tǒng)、機電系統(tǒng)試驗技術。王海強（1979—），男，浙江上虞人，本科，副高級工程師，研究方向為飛機機電系統(tǒng)試驗技術。董瑾（1984—），女，陜西咸陽人，研究生，副高級工程師，研究方向為飛機供配電系統(tǒng)試驗技術。

〔編輯：張思楠〕