波音787飛機ASG在APU上的應用

周飛

摘要：南方航空波音787飛機選用的APS5000型APU將起動機與發電機合為一體，命名為ASG，該設計減少了APU的部件，優化了APU的整體布局，降低了APU的成本和重量，減少了APU所占空間，提高了APU系統的可靠性和效率。本文對此進行簡要說明和分析。

關鍵詞：輔助起動發電機；輔助動力裝置；起動機；發電機；EICAS狀態信息

Keywords：ASG；APU；starter；generator；EICAS status message

1 ASG在APU上應用的優點

南方航空的波音787飛機選用的是漢密爾頓公司制造的APS5000型輔助動力裝置（APU），與其他類型的APU相比有個明顯的變化，就是其將起動機與發電機合為一體，命名為輔助起動發電機（ASG），一方面減少了APU的部件，使APU在整體布局上得到了優化，降低了成本和重量，減少了設備空間，提高了系統的可靠性，而且齒輪箱上的LRU部件幾乎都安裝在同一側，方便了后期維護，起動機和發電機共用一個驅動軸，減少了齒輪箱上的輸入/輸出端口，內部齒輪機構數量也同樣減少，無論在齒輪潤滑方面還是在傳動效率方面都得到很大的提高。另外，ASG發電模式也以變頻系統取代了傳統的恒頻系統，這種變頻的電源系統在空客A380上也得到了應用。電源經過變頻、整流、變壓分配后形成飛機的4種電源模式，即傳統的115V交流、28V直流以及新的230V交流、270V直流，其中，230V交流和270V直流電源主要用于以往由氣源系統驅動的系統部件。同樣的設計也應用在了波音787飛機的發動機GEnx上，不過其名稱為VFSG（variable frequency starter generators），這也是787飛機與其他傳統飛機明顯的區別。

每臺APU有兩部ASG，在APU啟動階段，ASG作為起動機帶動齒輪箱轉動，使APU進入啟動程序；當APU達到normal轉速時，ASG作為發電機為飛機網絡提供225KVA、235VAC、360～440Hz的交流電。

2 ASG起動機工作原理

ASG作為起動機，每次只有一臺工作。有3個CMSC（common motor start controller）可以啟動APU，分別為R2 CAC、R2 EMP和L1 CAC。而APU電瓶、外部電源、VFSG電源都可以向ASG起動機提供電源。使用APU電瓶時，只有R2 EMP CMSC和右ASG啟動APU；使用外部電源時，左右ASG作為起動機依據日歷日交替使用，如圖1中標號1、2、3線路所示。APU啟動開始時，APUC（auxiliary power unit controller）發出信號至BPCU（bus power control unit），BPCU配置可用的CMSC向ASG供電。ASG起動機工作，通過內部齒輪帶動齒輪箱運轉，齒輪箱帶動發動機軸轉動，APU進入啟動程序，點火、供油，當APU達到50%轉速時，APUC向BPCU發出信號使ASG起動機斷電，ASG起動機功能脫離，如圖2所示。

3 ASG發電機工作原理

當APU啟動后達到50%轉速時，ASG起動機功能脫離。此時APU繼續加速啟動，發動機軸帶動齒輪箱轉動，齒輪箱通過齒輪繼續帶動ASG轉動。當APU轉速達到normal轉速時，兩臺ASG都作為發電機來提供電源。ASG發電機是一個油冷、三項交流無刷電機，ASG有一個交流勵磁發電機、一個主發電機和一個PMG（permanent magnetic generator），PMG有一個永磁轉子和一個定子。ASG在轉動時，PMG轉子在定子中感應出交流電壓，并將此電壓輸出給AGCU（APU generator control unit）。AGCU整流PMG交流電壓為直流電壓，利用直流電壓通過勵磁繞組勵磁APU發電機，通過控制勵磁功率來控制發電機的輸出功率，最終使ASG發電機輸出為225KVA、235VAC、360～440Hz的三項交流電，如圖3所示。

4 ASG日常維護中的處理方法

日常維護中，如果飛機出現相應的EICAS信息，可以進行快速故障處理，識別出真假信息，如果信息可以消除，則正常放行；如果信息還在，且過站時間不足，可以參照相應的MEL保留程序保留放行，具體保留章節號以及采取的措施有所不同；保留的故障可以等待過夜時間充足時參照相應的FIM程序排故。以下為4個典型案例。

4.1 EICAS出現狀態信息ELEC APU STARTER L

這是APU啟動抑制、3次APU啟動失敗后出現的信息。應至少等待30min使CMSC冷卻后再進行地面測試24 Common Motor Starter Controllers，SYSTEM TEST，Left 1 CAC Motor Start Controller APU Start。如果故障消失，則正常放行；如果信息還在，應參照MEL 24-22-02-03進行左ASG起動機失效保留，但要求APU電瓶工作正常、APU SPU工作正常、右ASG發電機工作正常、右ASG起動機工作正常。

4.2 EICAS出現狀態信息ELEC APU STARTER R

如果同時出現ELEC APU START PWR UNIT和ELEC APU BATTERY狀態信息，可能是空中啟動APU所致（應在啟動2min后再放起落架或落地后啟動）。應循環重置跳開關 CT2431805（SPU HOLD ON CONTROL）。如果沒有別的信息，APU啟動抑制，3次APU啟動失敗后出現的信息，需要至少等待30min讓CMSC冷卻。并進行地面測試24 Common Motor Starter Controllers， SYSTEM TEST， Right 2 CAC Motor Start Controller APU Start和 24 Common Motor Starter Controllers， SYSTEM TEST， Right 2 EMP Motor Start Controller APU Start。故障消除則正常放行，如果故障還存在，則參照MEL 24-22-02-05進行右ASG起動機失效保留，但要求左AGCU工作正常、左ASG發電機工作正常、左ASG起動機工作正常。

4.3 EICAS出現狀態信息ELEC GEN SYS APU L

出現此狀態信息，需要通過CMCF Existing Faults查看相應的維護信息，涉及的維護信息代碼有24-18435、24-18445、24-18455、24-18465、24-18475、24-18485、24-18505，通過ESIC重置相應跳開關。故障消失，則正常放行，如果故障還存在，則參照MEL 24-22-02-02進行左ASG發電機失效保留，但要求APU電瓶工作正常、APU SPU工作正常、右ASG發電機工作正常、右ASG起動機工作正常、VFSG系統工作正常，飛行中必須保證180min內有合適的備降機場；完成M項左ASG起動機解除工作；通知機組執行O項程序。

4.4 EICAS出現狀態信息ELEC GEN SYS APU R

出現此狀態信息時，需要通過CMCF Existing Faults查看相應的維護信息，涉及的維護信息代碼有24-18436、24-18446、24-18456、24-18466、24-18476、24-18486、24-18506，通過ESIC重置相應跳開關。故障消失，則正常放行，如果故障還存在，則參照MEL 24-22-02-04進行右ASG發電機失效保留，但要求左AGCU工作正常、左ASG發電機工作正常、左ASG起動機工作正常、VFSG系統工作正常，飛行中必須保證180min內有合適的備降機場；完成M項右ASG起動機解除工作；通知機組執行O項程序。

以往的排故經驗中，出現EICAS狀態信息ELEC APU STARTER L/R后，通過快速故障處理無法消除故障的，后續通過更換L/R ASG可以排除故障；出現EICAS狀態信息ELEC GEN SYS APU L/R后，需要查詢相應的故障信息，找出相應的FIM程序，按照相應的步驟來確定故障源，通過排故歷史查詢，更換GAPCU和ASG的頻率高一些，其他涉及的線路、插頭等故障的幾率小一些。

隨著國內越來越多的航空公司選擇波音787飛機，該型飛機有很多方面與傳統飛機不一樣，要求在日常維護中改變思維。就ASG系統來說，一方面應充分了解其工作原理，另一方面要掌握其在維護中的特征，面對故障時方能游刃有余。