通用測試設備在機載設備維修中的應用

宋文瑰 焦梅素 周彥凱 貢志波

摘 要：隨著三代戰機裝備陸續進入二翻期，配套機載設備內部電路板出現損傷的情況呈現上升趨勢。本文旨在通過X射線分析儀和紅外成像儀等通用測試設備檢測損傷電路板內部缺陷及修復后效果，并完成某機載慣導損傷電路板修復。

關鍵詞：通用設備;損傷修復;機載設備

中圖分類號：V267文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）08-0062-03

Application of the General Test Equipment in Airborne

Equipment Maintenance

SONG Wengui JIAO Meisu ZHOU Yankai GONG Zhibo

（Shijiazhuang Haishan Industrial Development Corporation，Shijiazhuang Hebei 050208）

Abstract： As the third generation fighter aeroplane has entered the second renovation period， the damage of the internal circuit board of the supporting airborne equipment is on the rise. This paper aimed to detect the internal defects of the damaged circuit board and the effect after repair by using general equipment such as X-ray analyzer and infrared imager， and complete the repair of damaged circuit board of an airborne inertial navigation system.

Keywords： general equipment;damage repair;airborne equipment

在人類發展進程中，測量、測試一直扮演著重要角色，工業生產以及科學技術的開拓創新都離不開測量、測試技術的應用[1]。測試也是保證工程質量的有力武器，它決定了一個工程最終成敗與否，可以說，測試技術已經成為一個國家科技水平的重要標志。隨著科學技術的不斷發展，各學科領域都對測試技術提出了越來越高的要求，任何一個新的學科理論和現代裝備，如果沒有先進的測試技術和儀器支持，其研究、設計和實現都是不可能的[2]。而通用測試儀器和設備的發展直接體現了測試技術的發展水平。通用測試設備水平的提升，對軍用飛機修理檢測提供了有效支持[3]。某軍用飛機配套X型慣導部件在使用過程中突發掉電故障，通過分解檢查，發現該慣導部件母線板、電源板嚴重燒蝕。現實條件下，X型慣導部件已陸續退出主戰裝備，修復X型損傷慣導所需專用器材大都停產，欲恢復裝備，只能開展攻關修復。

1 故障基本情況

1.1 故障發生時機

該套X型慣導部件在外場通電約20 min時，設備艙冒煙，儀器顯示“故障”燈亮，故障確定為慣導部件內部短路導致。技術人員現場用數字三用表測量地檢插頭的115 V/400 Hz和穩地之間的阻值逐漸變為無窮，與正常情況下直接為無窮的情況有差異，說明慣導部件絕緣性變差。測量電源插座X1的115 V輸出絕緣正常。現場分解電子腔上下蓋板，可見電子腔內母線板上XA9插座的17a與19a接觸偶燒蝕，燒蝕最嚴重的接觸偶為18a，并形成大量積碳（見圖1和圖2）。

1.2 故障排查情況

對損傷的X型慣導部件短路故障進行檢查，列出了故障樹（見圖3），依據檢查修復方案開展了絕緣檢查、分解檢查、修復驗證等工作。以故障樹為出發點，對各底事件逐一進行檢查分析，相關底事件因素相繼排除，基本確定為母線板虛焊所致。

1.3 故障機理分析

檢查母線板其他電路板插座接觸偶的焊接無明顯松動和焊接不牢靠的情況，無法確定XA9插座上19c、21c、21b、32c接觸偶焊點虛焊是原機狀態還是此次產品受高溫燒蝕過程的影響所致，但一定程度上反映了產品XA9插座的各接觸偶焊接質量不高，產品報故即為虛焊導致。

產品在外場首次通電瞬間，A9板上K1繼電器吸合（1和7常開觸點閉合）18a與19a接觸偶經匯流條導通，兩組接觸偶相當于一組。受18a或19a接觸偶虛焊的影響，17a與18a（或19a）插孔接觸偶與母線板印制板之間在飛機通電瞬間大電流的作用下，產生電弧，導致母線板出現碳化，絕緣性下降。隨著通電時間的延長（外場通電時間大于20 min），碳化越來越嚴重，碳化處相當于在XA9插座的17a與18a（或19a）接觸偶間串聯了一個阻值逐漸變小的電阻（[Rx]）。引起短路故障的機理圖如圖4所示。隨著[Rx]變小，回路中的電流逐漸增大，直至XA9插座的17a與19a底部徹底燒成積碳，[Rx]的阻值瞬間由十幾歐姆變為0，此時回路電流可由1 A瞬間增加到20 A。當回路中2CK37E二極管燒穿后，控制儀器顯示“故障”燈亮。現場以燒蝕部位為切入點，通過導通測試、拍攝X光圖片、與正常件對比測試等方法，繪制母線板和A9入口濾波器、DC/DC（直流/直流）電源組件電路板損壞部位走線原理框圖（見圖5），拍攝X光圖片（見圖6）。經測試，圖5中2CK37E二極管已擊穿、繼電器常開觸點常閉，檢測模塊上的場效應管源極S端與漏極D端已導通，場效應管已被擊穿。產品XA9插座的18a或19a接觸偶虛焊也可能導致該問題的發生。

2 通用設備輔助條件下的損傷電路板修復

2.1 通用設備選擇

此次產品修復的主體是電路板基材。為降低測試過程對電路板的二次損傷，選用的通用儀器應具備無損檢測功能。在電子企業生產中，X光已廣泛應用于電路板缺陷的檢測。利用X光能有效檢測出印制電路板（Printed Circuit Board，PCB）的虛焊、粘連、銅箔脫落等缺陷。紅外熱成像技術是當前一種非常重要的設備故障診斷方法，是一種無損檢測判斷評估方法，在電路板故障診斷和排除過程中發揮著重要作用[4]。常用電路板故障的發生都會伴隨著電子元件溫度的變化，利用觀測到的電路板、電子元件的溫度變化，可以檢測電路板故障。此次電路板損傷狀態檢查和修復，可以利用X光檢測缺陷，利用紅外線溫度場的差異檢測電路板修復后的效果，X光機和紅外成像儀設備優先選用。

2.2 損傷電路板基本情況排查

刮除所有可見的燒蝕點，用酒精擦洗其他熏黑部位，重新焊接XA9插座底部的導線，首次重新焊接導線并清理積碳后，實物圖如圖7所示。按《X型慣導部件查線表》規定的接線關系，對比現場另一慣導部件，檢查損傷電路板周圍的接觸偶接線，未發現明顯異常，擴展逐個導通母線板接線關系，清查缺損接線，發現原本應導通的四路接觸偶不導通。通過在相關接觸偶間飛線，母線板接線關系均正常。

利用數字多用表，通過慣導部件地檢插頭測試各輸出電壓的對地阻值時發現，27 V電源對地電阻實測值為18 Ω，規定應大于300 Ω。可見，母線板XA9插座底部積碳清除不徹底，仍存在近似短路部位。分析產品原理，并查閱慣導部件供電關系后，在地檢1插座的45號和52號針間加1.0～2.5 V電壓。用紅外成像儀對母線板拍攝紅外圖像，發現XA9插座編號32號插孔附近的鎖緊螺釘外側溫度明顯高于其他位置，其他位置為22 ℃左右，該位置隨通電時間的延長已達到25 ℃。用5倍放大鏡觀察，可見加電后溫度明顯高的位置有黑色積碳，簡單清除后，地檢1插座的45號針與52號針之間的阻值已增至兆歐級。針對性檢查XA9插座的32號接觸偶附近，發現XA9插座底部仍有未清除的積碳，用刮刀、鑷子、酒精等工具重新清理擦拭后，計電+15 V電壓對地電阻變為上千歐，符合規定要求。

2.3 修復方案制定

測試損傷母線板功能正常后，嘗試在不分解XA9插座的基礎上，直接對損傷部位涂膠灌封，如灌封后相關阻值不符合要求，需要分解XA9插座后再對電路板損傷部位進行灌封。清除母線板上原XA9插座安裝位置的積碳和污物，更換某型計算機電源插座，并在缺損位置飛線（見圖7），按導線標記焊接XA9插座背面導線，焊接完成后，用三用表按《X慣導部件查線表》導通各接線關系正常。首次測量產品絕緣異常，經排查測量發現，XZ3薄膜電纜25號針飛線處焊點偏大，在底蓋板壓緊時與底蓋板觸碰短接，重新焊接25號針的飛線，不絕緣故障排除。

確定母線板功能正常后，擬選擇膠料灌封母線板缺損部位。經過綜合比較和分析，選擇在缺損部位灌封HG-11環氧灌封料。該膠料為混合配方環氧樹脂類膠料，用于某系列慣導平臺插座的灌封，硬度高、耐高溫、絕緣性好。封固效果實物圖如圖8所示。

2.4 修復效果檢查

基于通用測試設備對損傷部位的準確判定和修復后效果的有效檢測，產品修復完成。產品修復后，在進行常規試驗基礎上，補充進行高低溫、綜合冷熱天、機載等試驗，確定慣導部件修復可靠，驗證試驗充分，將產品裝機使用后，性能和功能均滿足要求，攻關修復成功。

3 結語

航空修理作為航空產業鏈末端環節，對老舊裝備的攻關修復是企業生存和發展的基礎，更是航空修理企業長期存在的意義所在。近年來，隨著通用設備制造技術的提升，其在航空機載設備產品故障診斷過程中發揮著越來越顯著的作用[5]。本文選取了航空修理工廠實際修理過程中所遇損傷電路板修復案例，利用X射線分析儀設備、紅外成像儀等通用設備開展診斷分析，最終成功修復了損傷部位，實現了X型慣導部件的完好交付，經部隊驗證，效果良好。

參考文獻：

[1]韓峰.測試技術基礎[M].北京：機械工業出版社，1998：25.

[2]樊尚春.航空測試系統[M].北京：北京航空航天大學出版社，2005：36.

[3]殷強，王振華.通用設備檢測維護及維修[M].北京：機械工業出版社，2015：48.

[4]李宏棋.紅外熱成像技術應用研究[J].科教導刊，2017（28）：49-50.

[5]鄭東良.航空維修理論[M].北京：國防工業出版社，2007：78.