某型發(fā)動機自動調(diào)節(jié)器電源故障分析

李珩 韓振超 謝菲斯 馬全福 譚未來

摘要：針對某型發(fā)動機自動調(diào)節(jié)器電源故障，結合自動調(diào)節(jié)器二次電源原理，通過破壞性試驗，最終查明故障原因。

關鍵詞：自動調(diào)節(jié)器；二次電源；模擬試驗

Keywords：automatic regulator；secondary power supply；simulation test

某型自動調(diào)節(jié)器裝于某型發(fā)動機上，用于調(diào)節(jié)其參數(shù)和向控制裝置、機載記錄設備、監(jiān)控設備傳遞信號。自動調(diào)節(jié)器控制燃油泵—控制器、噴口—加力燃油控制器、加力點火熱射流裝置、應急放油附件，是該型發(fā)動機核心控制附件之一。

1 二次電源概述

自動調(diào)節(jié)器按功能分為13個模塊，二次電源模塊是其中之一，其電路原理圖如圖1所示，是將飛機上電網(wǎng)的27V電壓轉變?yōu)閹Ч擦憔€的+12V和—12V直流穩(wěn)定電壓，提供給自動調(diào)節(jié)器各個通道和模塊。飛機上電源匯流條的+27V電壓從輸入濾波器加到起動電路和脈沖功率放大器。電源從起動電路輸入控制電路，由控制電路接通脈沖功率放大器。起動電路和控制電路的通斷都受輸出電壓+12V的控制。當電壓達到規(guī)定值后，首先關斷起動電路。脈沖功率放大器將27V電壓調(diào)制成可調(diào)占空系數(shù)的脈沖，由整流器和輸出濾波器將脈沖變換成+12V和—12V的直流電壓。輸出電壓的調(diào)整通過+12V電壓的反饋實現(xiàn)，當負載和輸入的+27V電壓變化時，輸出電壓始終是恒定的。

2 故障情況

某臺自動調(diào)節(jié)器在發(fā)動機上通電自檢時無反應，初步分析認為是電源故障。取下調(diào)節(jié)器后，接上地面檢測設備進行通電檢查，發(fā)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)器無±12V二次電源輸出，工作電流異常，確認了該調(diào)節(jié)器故障為二次電源故障。

對二次電源組件進行分解檢查，發(fā)現(xiàn)048板三極管、電阻、印制線、電路板多處嚴重燒蝕，如圖2所示。

3 故障分析

3.1 故障機理分析

通過電路板、元器件燒蝕跡象，可以判斷故障直接原因為電路過流導致。故障時，元器件工作狀態(tài)遠遠大于其額定功率要求，導致元器件發(fā)熱直至燒蝕。通過現(xiàn)場排故工作，此次故障中損壞情況為048板電阻R1、三極管V3嚴重過流燒蝕，046板二極管V3短路。電路原理圖如圖3所示。

通過電路原理分析，048板功能為電源啟動、046板功能為脈寬調(diào)制供電。從電路圖上可以看出，當046板二極管V3短路時，由于整流反饋信號在工作前一直處于低電位，相當于046板三極管V5的集電極與地短接。

當046板V1的集電極與地短接的情況發(fā)生時，048板起動電路中+27V電源會通過兩路信號與地形成回路，如圖4所示。

通過計算，此時通過048板電阻R1以及三極管V3的電流大約為1.5A，因此電阻R1的實際工作功率約為12W，遠遠大于1W的額定功率，而三極管V3的實際工作功率也遠遠大于其額定功率。同時，由于短路故障，整個電源系統(tǒng)無法產(chǎn)生12V反饋信號切斷起動電路，導致R1、V3長時間工作在超負荷狀態(tài)，直至過熱燒蝕。

3.2 破壞性模擬試驗

為驗證046板二極管V3短路導致故障的可能性，選用一件報廢的電源組件進行破壞性物理試驗，短接二極管后持續(xù)通電30s，試驗結果如圖5所示。

從圖5可以明顯看出，在極短的時間內(nèi)，由于經(jīng)過電阻R1的電流遠遠超出額定要求，電阻R1迅速表現(xiàn)出過熱燒蝕跡象，同時散發(fā)出強烈的刺激性煙霧，短短20s的時間電阻R1外觀就完全燒蝕，焊盤被完全燒毀。

持續(xù)通電30s后，三極管V3外觀也有明顯的過熱痕跡，如圖6所示。

綜上所述，通過理論分析及現(xiàn)場模擬試驗，造成此次電源組件元器件嚴重燒蝕故障的直接原因為電源組件046板二極管V3短路。

3.3 原因查找

通過對自動調(diào)節(jié)器修理流程及產(chǎn)品使用情況分析，導致該電源組件二極管V3短路的可能原因有：

1）自動調(diào)節(jié)器分解裝配時，靜電防護不到位，造成二極管內(nèi)部損傷，交付使用后出現(xiàn)短路故障；

2）自動調(diào)節(jié)器分解裝配時，多余物控制不當，導致二極管短路；

3）二極管自身存在制造缺陷，在長時間使用后功能失效導致短路故障；

4）產(chǎn)品運輸、儲存、使用環(huán)境不當，尤其是環(huán)境濕度過大，容易造成元器件失效。

本臺自動調(diào)節(jié)器在分解裝配后經(jīng)過了溫度及振動試驗，并配合發(fā)動機進行了全程試車后交付，整個過程均未出現(xiàn)任何異常，所以可以排除第一條可能原因。

通過原理及模擬試驗，當多余物導致二極管短路時并不會導致二極管功能故障，清除多余物后二極管功能正常，而本次故障中二極管V3已經(jīng)短路故障、功能失效，所以可以排除第二條可能原因。

綜合分析，造成二極管V3短路最大可能原因為二極管自身制造缺陷。

4 失效分析

為進一步查找故障原因，將故障二極管外委研究所進行失效分析，查明該二極管故障原因為內(nèi)部自身存在裂紋，使用過程中受到電應力及熱應力作用，致使裂紋加劇，導致?lián)舸┒搪贰?/p>

參考文獻

[1]周宗才，鄭鐵軍.某型發(fā)動機結構、特性、控制[Z].