張元峰，郝世勇，趙志斌，于春風

（海軍航空大學青島校區(qū)，山東青島 266041）

飛機典型電氣系統(tǒng)排故訓練裝置研究

張元峰，郝世勇，趙志斌，于春風

（海軍航空大學青島校區(qū)，山東青島 266041）

針對航空地勤電氣維修保障專業(yè)一線維護人員系統(tǒng)級電路的分析和排故能力培養(yǎng)難點，選取飛機典型電氣系統(tǒng)，開展排故訓練裝置的研究與設計工作。通過配備各類故障電纜、故障設備、外場檢測儀器、排故工具箱及Multisim電路仿真訓練考核系統(tǒng)，為培訓人員提供立體式系統(tǒng)級電路排故訓練平臺，培養(yǎng)人員排故思路、方法和技能。

飛機電氣系統(tǒng)；排故訓練；訓練裝置

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.12

0 引言

系統(tǒng)級電路的分析和排故能力是航空地勤電氣維修保障專業(yè)一線設備維護人員的核心能力，也是人員日常業(yè)務培訓的重點和難點，同時也對培訓手段提出了更高的要求[1]。為此，選取飛機上電路結構、控制關系較為復雜的典型電氣系統(tǒng)構建排故訓練裝置，通過制定規(guī)范化的訓練考核工卡，借助故障電纜及故障件設置典型故障，輔以外場各類檢測儀器及工具箱，開展訓考工作，增強人員排故思路、方法及技能的理解和掌握。

1 需求分析

1.1 設備供電需求

系統(tǒng)工作電源采用單一的單相交流220 V/50 Hz（功率≥2000 W）市電供電，滿足各模擬設備和部件的通電運行需求，對供電電源要求較低。采用單相交流電源供電，能簡化內(nèi)部結構，減輕設備重量，提高設備儀器工作可靠性，適應較多的使用環(huán)境。

1.2 使用環(huán)境及場合

裝置使用環(huán)境包括外場及內(nèi)場。內(nèi)場使用環(huán)境要求較低，而外場的使用環(huán)境較為惡劣，主要特點：溫濕度變化大，振動劇烈，電磁環(huán)境復雜，存在雨雪、霉菌、沙塵等不利于設備正常工作的各種因素。因此，應對訓練裝置提出要求：①采用符合國家相關標準的市場成熟貨架原材料及電子元器件，解決抗摔、抗振、防塵、防水等使用要求；②由于該裝置有外場使用要求，應具有一定的溫濕度適應性，因此，儀器電子附件等采用工業(yè)級標準，使用溫度-10～50℃，濕度≤85%。

1.3 轉運及存放需求

該訓練裝置由機型教員及受訓學員使用，具有使用頻率高、工作地點多變等特點，對其便攜性及運輸可靠性要求較高，因此，裝置應盡可能減小體積重量，適應便攜及靈活轉運需求。同時，應保證該設備具有良好的干燥、堅固等特點，以適應較為一般的存放環(huán)境。

1.4 維修保障需求

訓練裝置95%以上電氣元件均采用技術成熟的市場貨架產(chǎn)品，貨源充足，保證設備出現(xiàn)非設定故障時，具有良好的可替換性，進而提高維修效率。需要配套詳細的電路施工圖冊、相關設備說明書，并備份主要控制設備以及多種易損耗器件，方便人員快速維修。

2 設計思路及方法

訓練裝置采用類實物物理模擬方式構建訓練系統(tǒng)，所有器件和設備用工業(yè)級產(chǎn)品替代或制作，部附件接口定義、線纜標號等與飛機系統(tǒng)基本一致，空間位置與飛機系統(tǒng)基本一致或相似；將啟動、燃油電氣系統(tǒng)作為排故訓練的重點。這些系統(tǒng)具有一定程度的復雜性和典型性，出現(xiàn)故障種類、現(xiàn)象多，排查難度大，適合較多的排故方法訓練，且具有一定的排故方法研究價值，適于進行排故科目的設置；采用簡易框架搭建結構平臺，外形不追求極似，關注設備、器件安裝和電纜敷設的大致位置和關系；結構平臺具有開透性，便于進行排故訓練，便于教學操作。結構平臺具有可拆性，便于移動，適應不同教學場所；整個系統(tǒng)的工作電源采用單一的220 V市電供電，滿足各模擬設備和部件的通電運行需求，對供電電源要求較低；故障設置方法采用兩種人為手動方式進行，一是更換故障設備、電纜或器件方式，二是人工原位手動設置各類故障。不采用自動設置技術，避免破壞整個系統(tǒng)的完整性，把系統(tǒng)的可靠性放在第一位，不過于追求實現(xiàn)技術的先進性和復雜性，采用各組件獨立設計模式；在排故科目設置上，基于飛機電氣系統(tǒng)實際使用與維護的特點，更多關注系統(tǒng)控制關系及線路元器件所出現(xiàn)的問題，一定程度考慮關鍵設備故障問題，復雜集成設備內(nèi)部器件故障不作考慮。

3 實現(xiàn)過程

3.1 系統(tǒng)組成及原理

排故訓練系統(tǒng)電路插銷型號、接口關系及座艙面板布局同實際飛機保持一致。在此前提下，依據(jù)實際飛機電路圖冊及編制的施工圖冊，按照線路施工標準開展電氣線路布線。整個排故訓練系統(tǒng)主要由供配電設備、人機控制設備、飛機啟動系統(tǒng)電氣設備、燃油系統(tǒng)電氣設備及相應的故障件、故障電纜、輔助檢測儀器組成，其電路連接關系如圖1所示。

訓練裝置平臺結構框架采用標準工業(yè)鋁型材及鋁合金材料構成，分為前艙、后艙和設備艙等3個部分，系統(tǒng)平臺布局如圖2所示。其中，前艙和后艙均設計有電源艙、儀表板、左操縱臺（立面和平面）和右操縱臺（立面和平面），安裝動力控制盒、電源控制盒、斷路器板、輸油開關板、告警信號燈盒、雙操縱轉換開關、交流電壓、電流指示器及直流電壓、電流指示器等。前機身、后機身及設備艙分為3部分設計，便于拆卸和安裝。機身內(nèi)部由鋁合金型材搭建支架，安裝配電系統(tǒng)、發(fā)動機啟動電氣控制系統(tǒng)、燃油電氣系統(tǒng)的連接插銷、設備、部件和電纜，系統(tǒng)配套的地面輔助檢測設備如圖3所示，用于排故時展開相關設備的功能性測試。

圖1 訓練裝置電路連接關系

圖2 訓練裝置結構平臺

圖3 地面輔助檢測設備

3.2 分系統(tǒng)介紹

3.2.1 供配電系統(tǒng)

依據(jù)飛機啟動電氣控制系統(tǒng)及燃油電氣控制系統(tǒng)用電需求，訓練模擬裝置簡化電源系統(tǒng)的組成及控制方式，由交流電源顯示與控制系統(tǒng)、直流地面電源系統(tǒng)、直流應急電源系統(tǒng)和直流配電系統(tǒng)等4部分為主。以交流配電控制與指示面板為例，其設計面板如圖4所示，其中，“交流供電總開關”控制市電，接通其余相應開關，對應的電源開始工作。

圖4 交流配電控制與指示

3.2.2 發(fā)動機啟動電氣控制系統(tǒng)

發(fā)動機啟動電氣控制系統(tǒng)的主要任務是控制發(fā)動機的啟動過程，使其按程序達到穩(wěn)定工作狀態(tài)，其主要設備如圖1中“啟動系統(tǒng)電氣控制設備”所示。其中，啟動總開關、啟動選擇開關、風門開關及一些指示燈均位于動力控制盒，整個系統(tǒng)具備實現(xiàn)地面雙發(fā)同時啟動和空中啟動功能。部分啟動設備如圖5所示，當設備正常工作，相應信號燈亮，若設備工作線路出現(xiàn)異常，則指示燈不亮。

圖5 部分啟動設備附件

3.2.3 燃油電氣控制系統(tǒng)

考慮整個燃油系統(tǒng)各分系統(tǒng)電路復雜程度，燃油電氣控制系統(tǒng)主要模擬飛機輸油順序電氣控制電路、防火電氣線路、應急供油電氣電路及應急關斷燃油電路[2]。其主要設備如圖1中“燃油系統(tǒng)電氣控制設備”所示。以燃油防火電動開關模擬設備為例，其實物如圖6所示，當發(fā)動機出現(xiàn)火情需要關斷燃油，打開座艙控制面板中“供油路斷”開關，防火電動開關執(zhí)行關斷燃油動作。

圖6 燃油防火設備

4 難點及解決措施

4.1 基于標準工業(yè)型材的通用訓練平臺制作技術

為方便教學實施，并適應不同教學場所的需要，訓練裝置架構需具備開透性、可拆性、強度高、便于移動等特點。經(jīng)過多次市場調研并結合飛機線路訓練考核裝置開發(fā)經(jīng)驗，整個架構采用工業(yè)標準鋁合金材料搭建前艙、后艙及機身設備艙以滿足設計需求。由于該技術涉及到專用鋁型材加工設備，且對材料切割尺寸精度、接合強度等要求較高，同時面臨加工工作量大的難題。經(jīng)過大量的支架模型開發(fā)、承重試驗等措施，解決了加工精度差、結構強度不足的難題，提高了訓練平臺設計與施工水平。

4.2 基于電路仿真軟件的模擬設備輔助設計技術

由于缺乏實際設備，需要以模擬設備替代實裝。如何高效開發(fā)出滿足實際使用需求的模擬設備是另一個難點。以啟動系統(tǒng)中啟動箱的研制為例，啟動箱作為整個啟動電氣控制系統(tǒng)的核心，其研制難點包括：①啟動箱定時機構復雜，時序多，延時精度要求高。②啟動箱中繼電器數(shù)量多，關鍵繼電器觸點多，對繼電器質量要求較高，否則容易出現(xiàn)接觸不良等故障；③啟動箱管腳多，作為發(fā)動機啟動的核心部件，其控制的對象數(shù)量、種類多，接口屬性復雜。針對以上難點及現(xiàn)實條件，采用計算機仿真輔助模擬器設計，如用Multisim電路仿真軟件對所設計的啟動箱進行仿真驗證，能夠避免一些不易發(fā)現(xiàn)的邏輯錯誤。同時采用高精度電子式時間繼電器組合來模擬原機械式定時機構，既保證了延時精度，又嚴格按照工作時間序列。

4.3 基于PWM技術的電機供電極性轉換技術

在啟動控制系統(tǒng)中，風門電動機構是一種執(zhí)行機構。其作用是在小發(fā)啟動時，打開風門，滿足小發(fā)排氣的需要。電動機構本質上是雙線圈串激直流電機，其正轉線圈和反轉線圈供電分別受前座艙動力控制盒中“打開”和“關閉”雙路信號的控制，而實際模擬電機通常為單線圈單級供電，為實現(xiàn)電機極性的自動轉換及風門打開速度可調難題，采用基于PWM技術的直流電機極性轉換及調速技術，實現(xiàn)了風門電動機構接口關系的一致性。其電路原理如圖7所示，其中，YFM-T代表接線插頭，當“打開”或“關閉”任意一個信號接通，電極調速控制器從“電機+”和“電機-”輸出信號給實際電機的正負極，實現(xiàn)供電極性的轉換。

4.4 基于Multisim軟件的故障科目開發(fā)技術

科學地開發(fā)適合于各個教學層次的經(jīng)典故障電路案例是擺在課題組面前的重要課題。課題組基于Multisim電路仿真軟件開發(fā)整個啟動電氣控制系統(tǒng)及燃油電氣控制系統(tǒng)的仿真電路，利用仿真電路，可方便的設置各種線路及設備故障，更重要的是能夠一目了然的準確記錄故障對應的故障現(xiàn)象，方便教員快速開發(fā)具有不同難易度的訓練科目。圖8所示為啟動電氣控制系統(tǒng)部分仿真電路，其中，GZSJ-06、GZSJ-08、GZSJ-02、GZSJ-07 和 GZSJ-03代表故障設計開關，任意選擇其中一個斷開，即可通過仿真觀察不同故障現(xiàn)象，為教員編制故障現(xiàn)象代碼提供了方便。

圖7 供電極性轉換控制器電路原理

圖8 啟動系統(tǒng)部分仿真電路

5 結語

本文基于航空地勤電氣維修保障專業(yè)崗位任職核心能力培養(yǎng)的訓練及考核需求，從裝置需求分析、設計思路、實現(xiàn)過程及難點解決等方面展開典型電氣系統(tǒng)排故訓練裝置的研究，對培養(yǎng)崗位任職合格的航空地面保障人才具有一定的指導意義。

［1］王勇，談斌.基于案例教學的飛機電氣系統(tǒng)排故實習研究［J］.中民航大學學報，2012，30（5）：46-50.

［2］張文浩.飛機燃油系統(tǒng)故障模擬培訓系統(tǒng)的研究［D］.青島：青島科技大學，2013.

E95

B

〔編輯 凌 瑞〕