某型航空發動機電子控制系統地面維護設備研究及應用

鄭四德 鄧林 周浩銳/成都航利（集團）實業有限公司

1 研制背景

某型發動機為引進產品，其電子控制系統為全權限數字電子控制（FADEC）系統，主要組成部分包括電子控制器（EEC）和數據采集單元（DCU）。EEC 在工作時采集和產生大量發動機參數信息，但只向駕駛艙系統傳輸少部分參數。DCU 為發動機唯一身份標識，其中存儲了發動機的多項重要參 數。

該型發動機日常使用維護中需要專用地面維護設備與EEC、DCU 建立通信連接，以此實現發動機參數調整、數據卸載與修改、監控與回放、故障判斷等維護操作，能夠應用于試車保障、外場排故、重要信息存儲及發動機性能判斷。由于引進受限，國內沒有該型發動機電子控制系統的地面維護設備，亟需開展自主研制。

本文針對該型發動機電子控制系統電路原理、通信協議、控制規律等內容進行研究，設計了一套地面維護設備，應用于發動機地面維護。

2 設備研制

該型發動機地面維護設備包括數據處理系統（含軍用筆記本電腦和上位機軟件）、信號合成器、連接電纜、便攜式工具箱等。地面維護設備組成框圖如圖1 所示。

2.1 硬件設計

信號合成器是系統信號處理電路的重要組成部分，將EEC、DCU 和上位機檢測軟件等系統部件連接在一起，主要實現以下功能。

1）通過USВ 與軍用筆記本電腦連接，解析上位機發來的控制指令。由于該系列飛機配裝多臺該型發動機，信號合成器需接收并識別上位機對某臺EEC或DCU 的控制指令。

2）將控制指令發送到EEC 或DCU，并接收EEC 或DCU 的反饋信號。轉發上位機控制指令用以控制某臺EEC或DCU，接收某臺EEC 或DCU 信號用以數據解析或者故障判斷。

3）多臺EEC 監控時的數據轉換。在飛機不斷電、不更換電子連接器的情況下，可靈活監控每臺發動機試車參數。

4）單獨維護DCU 時，對DCU 進行供電。信號合成器電源模塊可直接使用220V、50Hz 交流電作為主電源，后級電源將該交流主電源轉換為+28V 直流電源（電流限1A），以供其DCU 工作使用。可滿足在飛機不具備上電條件或者DCU 從發動機上拆卸后對DCU 進行維護。該模塊還包括輸入欠壓提升、輸入過壓（浪涌）保護、防接反保護等功能。

圖1 地面維護設備組成框圖

連接電纜采用特別的接地和屏蔽措施，可有效防止外部干擾和對外的電磁輻射，電子連接器均采用軍用標準。電氣接頭均具有明顯標志，具有防差錯設計。在接插件的選擇上，選擇抗振動、接觸性能好的接插件。

便攜式工具箱用于存放上位機電腦、信號合成器及相關電纜。

2.2 軟件設計

該型發動機地面維護設備結合信號合成器完成對相關參數的測量、調試，同時對測試處理結果進行存儲、寫入、顯示等功能，從而完成相應的檢測工作。地面維護設備軟件采用美國NI 公司LabVIEW 軟件作為開發平臺，具有良好的可擴展性。

軟件分為三層結構，分別為數據接口層、邏輯處理層和展現層。數據接口層負責產品與軟件系統之間的數據交互；邏輯處理層負責各功能模塊的處理邏輯；展現層為用戶使用界面，如圖2所示。

地面維護設備數據處理系統由計算機和上位機軟件共同組成。計算機根據實際需求配置便攜式軍用筆記本。主要實現如下功能。

1）實現DCU 數據查看、下載、存儲和更改。該模塊共計30 項參數，主要包括發動機修正和標識信息、發動機歷史使用數據、發動機歷史超限數據以及發動機主要部件疲勞計數壽命信息。

2）實現EEC 數據實時監控與存儲。該模塊共計50 項參數，主要包括關鍵故障、非關鍵故障、離散狀態量以及發動機的轉速、溫度等重要參數信息。查看各種信息的操作簡單、迅速、直觀，提供信息的方式多樣（數據、儀表、曲線、顏色、表格等），能充分地引起地面試車人員注意。

3）實現EEC 數據分析。該模塊可記錄EEC 監控界面的所有參數，必要時可對監控數據進行回看，為故障排除或者狀態監控提供數據支撐。數據分析采用表格形式和圖形化顯示，可根據需求查看指定參數。

4）權限功能。該模塊對軟件使用人員設置不同權限，明確規定使用人員的操作權限。只有在授權許可的權限下才能使用該地面維護設備。

5）日志功能。日志功能記錄數據被更改的時間、更改的人員、更改前的數據值以及更改后的數據值，日志記錄詳細全面，方便查詢，便于操作，有跡可循，可以明確具體責任人，提高工作效率。

3 關鍵技術研究

該地面維護設備的關鍵技術是能夠獲取EEC、DCU 中的重要參數信息，并進行修改。

目前該型飛機的座艙系統、飛參系統均無法獲取顯示發動機超限故障字、ITT 超限累計時間、NG 超限累計時間、Q 超限累計時間等重要超限參數信息。當飛機報故但無法準確定位判斷故障時，該類信息可以通過地面維護設備獲取，并解析分析。例如，當獲取超限狀態字為“34”時，解析其二進制碼第2/6 位為1（參照表1），可以判定該發動機為T5 溫度超限進入C1 區，再依照相應流程進行處理。

圖2 軟件架構圖

表1 超限表

當飛機座艙報DCU 關鍵故障時，依照發動機維護手冊進行故障隔離操作第三步時（見圖3），需要檢查DCU 中的三項配平值，當出現與發動機標牌值不一致時還需要更改。通過地面維護設備即可直接讀取該重要配平信息，并精確修改以確保其參數值的正確性，完成對故障的快速隔離。

4 設備外場應用

4.1 EEC 應用

一架發動機更換EEC 后進行地面試車，應用地面維護設備對該發動機試車數據進行實時監控，同時對監控數據進行保存。通過保存的試車數據可回放試車時特定狀態的準確數據，可替代試車時的目視讀數，便于試車記錄單的準確填寫。且該設備較飛參系統監控EEC獲得的參數更加全面，數據更新率也高于飛參系統，可作為發動機數據錄取以及故障判斷的重要依據。

4.2 DCU 應用

一起飛機在飛行過程中發生T5 燃氣渦輪溫度變化異常并報超溫告警。應用地面維護設備對該發DCU 進行存儲信息讀取，發現其存在超限故障，結合飛參數據分析判斷，該故障是由T5 傳感器部件異常導致的超限告警。對故障件T5 熱電偶及電纜進行檢查，熱電偶性能合格，T5 電纜性能不合格且參數異常變化，破壞性分解檢查發現其內部導線斷裂，故障定位完成（見圖4）。

圖3 故障隔離圖

T5 電纜導線斷裂引起T5 溫度跳變，進入超限區域，導致飛參超限告警，發動機其他參數均正常，屬于虛警問題。更換T5 電纜導線，應用地面維護設備清除DCU 超限狀態字，排除故障。

一架飛機在地面通電時駕駛艙間歇性報DCU 關鍵故障和DCU 修正數據失效非關鍵故障。檢查電纜、連通性均正常，應用地面維護設備對DCU 進行通信測試，發現其通信存在間歇性中斷故障，且讀取DCU 內部數據后比對數據信息正常，判斷該故障是由DCU自身通信故障導致飛機無法獲取DCU 信息。

應用地面維護設備將故障DCU 和串用DCU 的信息存儲備份，再將故障DCU 的數據寫入串用DCU 中，安裝通電后一切參數正常，飛機恢復正常 使用。

4.3 應用反饋

以上兩個案例，或是通過地面維護設備從DCU 內部數據排查飛機故障源頭以恢復DCU 正常使用，或是通過地面維護設備對DCU 進行通信測試，同時在更（串）換DCU 時用于數據存儲備份以及寫入恢復，證明該設備在發動機維護工作中發揮了應有的作用。并且，結合使用者反饋的建議，已對該設備進行了優化設計。目前已經正式交付兩套設備，外場使用情況較好，獲得了用戶的認可。

圖4 T5傳感器故障圖

5 結論

在國內沒有該型發動機電子控制系統地面維護設備的情況下，通過電路分析、通信接口分析等多種方式，充分掌握了該型發動機電子控制系統原理，結合外場使用維護需求，自主研制了該型發動機電子控制系統的地面維護設備，經外場試用，成功排除了多起故障，有效保障了裝備的完好性，不僅為裝備外場維護能力提供了設備支撐，后續還可以適應性進行改進以滿足修理單位地面檢測、車臺試車等多方面需求。