飛參系統燃油壓力信號異常故障分析

■ 叢志民 唐福軍 肖兵/凌云科技集團有限責任公司

0 引言

飛參系統采集來自飛機傳感器和飛機上相關機載設備的參數，并將采集的數據送往飛參記錄器進行記錄，記錄的飛行數據經地面數據處理后，具有如下重要用途：為飛機失事后飛行事故分析提供數據；提高飛行訓練質量，為飛行訓練考核提供數據；建立飛行檔案，為實現單機監控、確定單機壽命提供數據；提供飛行統計數據，為制定飛機的載荷譜提供數據；為飛機和發動機的監控和維護提供數據。隨著外場對飛參系統使用的深入，飛參數據由事后判讀逐漸發展為趨勢判讀，提前發現系統存在的隱患。因此，開展飛參系統故障研究，對飛機各系統狀態監控及故障分析十分重要。

1 故障現象

某型飛機在地面調試試車過程中，利用飛參檢查處理機監控飛機發動機相關參數，發現二發燃油壓力起始壓力數值比其他三臺發動機小4kgf/cm2，且在多次推拉油門過程中，二發燃油壓力在慢車狀態下逐漸減小甚至接近0，觀察飛機上三針表指示的四臺發動機燃油壓力均正常，且指示數值基本一致。

2 原理分析

飛參系統由飛參采集器、飛參記錄器、快取記錄器、信號轉接盒和各類傳感器等組成。飛參采集器是系統的重要組成部分，負責完成飛行參數的采集和處理，飛參采集器由直流模擬信號接口模塊、開關和頻率信號接口模塊、交流和同步器信號接口模塊、主控模塊、UART 總線信號接口模塊、ARINC 429總線信號接口模塊等組成，該產品采用模塊設計方法，各模塊獨立完成采集，采集的結果由主控模塊取得并在經過處理后送往飛參記錄器進行記錄。飛參記錄器負責記錄飛參系統采集的數據，數據經處理后可用于事故分析等用途。快取記錄器接收來自飛參采集器的數據，將其記錄在數據卡上，該數據卡是一種固態存儲介質。一般情況下，快取記錄器安裝在駕駛艙內，飛行結束后將數據存儲卡從快取記錄器上拔下，直接送地面站進行數據處理。信號轉接盒將來自飛機各相關系統和傳感器的數據進行變換調理后送往飛參采集器進行采集記錄。隨著飛參系統的不斷升級改進，記錄的參數從幾十個發展到上千個。本文涉及的飛參系統信號交聯復雜，包含角位移傳感器、力傳感器和加速度傳感器等各類模擬信號；大氣數據系統、慣導系統、電子飛行儀表系統、發動機指示和空勤告警系統等ARINC 429總線信號；飛機上各類開關提供的離散量信號等。

在飛機調試和飛行訓練階段，一般通過飛參檢查處理機對飛參數據進行監控和數據下載，將數據與飛機上相關系統的數據進行對比，檢查系統的當前工作狀況或變化趨勢。主要檢查發動機油門位置、轉速、排氣溫度、滑油壓力、滑油溫度、燃油壓力、扭力、振動值等發動機主要性能。重點檢查起動、慢車、起飛等各狀態對應參數值；航姿系統角度變化情況；操縱系統駕駛桿縱向位移與升降舵偏角、駕駛盤橫向位移與副翼偏角、腳蹬位移與方向舵偏角等參數；電源系統匯流條電壓和交流電壓；液壓系統壓力變化情況。對模擬量的檢查重點是看有無恒值、突變和超范現象，對開關量的檢查重點是看有無告警、無信號和超時現象，此外還要考慮參數與參數以及對稱發動機之間的關聯性。

某型飛機在地面調試過程中，利用飛參檢查處理機實時檢查飛機發動機相關參數時，發現二發燃油壓力數值（物理量）比其他三臺發動機小4kgf/cm2，且在多次推拉油門過程中，二發燃油壓力在慢車狀態下逐漸減小甚至接近0，觀察飛機上三針表指示的四臺發動機燃油壓力均正常，且指示數值基本一致。為進一步分析，對快取記錄器上數據卡的數據進行判讀，選取二發和三發兩臺發動機的燃油壓力和油門位置信號進行對比，判讀曲線如圖1 所示，從圖中可以看出二發燃油壓力在幾次推拉油門后逐漸減小，三發燃油壓力在幾次推拉油門后狀態基本保持平穩。在相同狀態下，調取其他幾臺發動機的燃油壓力信號進行判讀，僅二發燃油壓力曲線在慢車狀態下數值不穩定。為找出該現象產生的原因，建立圖2 所示的故障樹，對各種可能的結果事件和底事件進行分析。

圖1 飛參判讀曲線

圖2 二發燃油壓力信號異常故障樹

2.1 傳感器故障分析

對燃油壓力傳感器傳輸線路進行分析，圖3 為燃油壓力信號采集原理框圖，燃油壓力信號從傳感器信號輸出到飛參接線模塊，兩路燃油壓力信號一路發送至發動機三針表用于指示燃油壓力情況，另一路發送至信號轉接盒，兩個信號同時來自燃油壓力傳感器。若二發燃油壓力傳感器或線路出現故障，勢必影響信號的正常傳輸，導致二發燃油壓力信號異常。因此，可以通過檢查機上線路或更換燃油壓力傳感器等方式進行驗證。

圖3 燃油壓力信號采集原理框圖

2.2 采集器失效分析

飛參系統記錄的所有參數都由飛參采集器采集和處理，該采集器采用四矩形插座（見圖4）連接，該插座在外場使用過程中安裝費力、鎖緊困難，易造成接觸不良現象，可通過重新安裝采集器等方式驗證插座接觸情況。若采集器燃油壓力處理電路失效，也會影響燃油壓力信號的采集與處理。

圖4 飛參采集器四矩形插座

2.3 信號轉接盒失效分析

信號轉接盒將燃油壓力傳感器送來的交流信號轉換成直流信號，轉換后的直流信號送到飛參采集器進行采集和調理。燃油壓力傳感器輸出的交流電壓通過飛參接線模塊送到信號轉接盒，信號轉接盒轉換后輸出不超過1V 的直流電壓信號。若飛參接線模塊失效或信號轉接盒超差，會使輸出到飛參采集器的電壓不符合要求，進而造成燃油壓力信號異常。

3 故障排查和定位

3.1 故障排查

針對以上故障樹及原理分析，按照以下方法進行故障排查。

1）對機上燃油壓力信號線進行導通測試，線路導通情況良好。由于機上更換燃油壓力傳感器相對困難，采用對調飛參接線模塊處輸入線的方式進行故障排查。對調飛參接線模塊中一發、二發至信號轉接盒的輸入線，若故障現象轉移至一發，說明輸入端線路故障；若現象未轉移，則考慮為輸出端線路故障或產品故障。改變接線后一發采集數值由12kgf/cm2下降至5kgf/cm2左右，二發采集數值由0 上升至5kgf/cm2左右。從飛參檢查處理機監控的數據可以看出，更換傳感器對輸出信號產生一定的影響，但故障現象并沒有完全轉移，進一步懷疑為飛參接線模塊接觸問題導致。更換接線模塊，恢復接線，故障現象未消失。

2）更換XB-4A 信號轉接盒，故障現象依舊。考慮到飛參采集器安裝不到位可能導致背后插針與插孔接觸不良，更換飛參采集器后進行通電檢查，二發燃油壓力衰減現象消失，慢車狀態數值為7 ～8kgf/cm2，但二發燃油壓力數值仍然比其他幾發燃油壓力數值低約4kgf/cm2。使用二線檢測設備檢查原機飛參采集器各項指標正常，排除了飛參采集器失效導致故障的可能，恢復原機飛參采集器后再次通電檢查，二發燃油壓力衰減現象消失。

3.2 故障定位

對飛參采集器插座進行清潔和重新安裝后，利用飛參檢查處理機監控燃油壓力信號未出現衰減歸零的情況，但二發燃油壓力數值比其他三發數值低4kgf/cm2左右，該現象屬于飛參采集器內部通道性能差異。利用加壓設備對系統加壓，在每一個壓力點檢查指示器與飛參檢查處理機監控的燃油壓力數值，四臺發動機燃油壓力曲線跟隨性好。從更換產品及通電檢查結果可以得出結論，故障原因是飛參采集器插座接觸不良、在反復推拉油門過程中使燃油壓力信號在慢車狀態下出現衰減。針對二發燃油壓力數值在慢車狀態下采集偏低的問題，對二發燃油壓力數據庫進行重新標定，使飛參系統回放數據與機上三用表指示保持一致。

4 總結

在本例中，采用串件的方式確定各項產品指標均在要求范圍內，但二發顯示數值相對其他幾發偏低，因此通過參數標校的方法對數據庫進行修正，使回放數據異常情況發生變化，四個發動機回放數據與指示器上顯示基本一致。針對模擬信號在傳輸過程中易產生損耗，傳感器和信號轉接盒等在信號傳輸及轉換中存在差異，可在產品滿足指標的情況下對飛參數據庫進行標校。實踐證明，該方法對于飛參系統數據判讀可起到重要作用。