（海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，青島 266041）

0 引言

航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)直接電力起動(dòng)需要完成三個(gè)任務(wù)：起動(dòng)、點(diǎn)火及油氣調(diào)節(jié)。其中，起動(dòng)主要是控制起動(dòng)電動(dòng)機(jī)安全、快速地把發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)起來(lái)。對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)講，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，自立轉(zhuǎn)速很高，用起動(dòng)機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)這一過(guò)程必須配合好，否則很容易起動(dòng)失敗[1～3]，而二者配合關(guān)系集中反映在起動(dòng)過(guò)程各種電氣參數(shù)，主要包括起動(dòng)機(jī)電樞電流及電樞端電壓的變化規(guī)律是否正常。本文重點(diǎn)開(kāi)展線路接觸電阻及電源供電電壓因素對(duì)起動(dòng)電氣性能影響研究，對(duì)提高部隊(duì)一線技術(shù)人員故障分析能力及排除能力具有一定的指導(dǎo)意義。

1 接觸電阻影響因素研究

1.1 接觸電阻影響因素仿真分析

飛機(jī)電氣控制線路一般由匯流條、保護(hù)裝置、控制電門(mén)、繼電器、插銷(xiāo)及控制設(shè)備組成。具體模型如圖1所示。其中，控制設(shè)備端電壓記為U端。由于線路有接觸電阻，因此端電壓U端并不等于匯流條電壓U匯，而是由式(1)決定。當(dāng)接觸電阻過(guò)大，達(dá)到某個(gè)臨界值，則端電壓就會(huì)由于無(wú)法達(dá)到設(shè)備最低工作電壓而不工作，導(dǎo)致系統(tǒng)故障發(fā)生。

為研究接觸電阻對(duì)起動(dòng)電氣性能的影響，通過(guò)在電樞回路串入不同的電阻Rc來(lái)模擬線路接觸電阻，建立仿真研究電路，如圖2所示。其中，R1為起動(dòng)電阻，R2為勵(lì)磁電阻，R3，R4為電源內(nèi)阻。起動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置如圖3所示。通過(guò)仿真，分別得到Rc=0Ω，Rc=0.01Ω，Rc=0.02Ω，Rc=0.03Ω時(shí)起動(dòng)機(jī)電樞端電壓和電樞電流隨起動(dòng)時(shí)間變化的波形分別如圖4～圖7所示。

圖1 線路接觸電阻構(gòu)成

圖2 接觸電阻對(duì)起動(dòng)電氣性能影響研究電路

圖3 電動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置

圖4 Rc=0Ω時(shí)電樞端電壓和電樞電流波形

圖5 Rc=0.01Ω電樞端電壓和電樞電流波形

圖6 Rc=0.02Ω電樞端電壓和電樞電流波形

圖7 Rc=0.03Ω電樞端電壓和電樞電流波形

由圖4～圖7對(duì)比可知，電樞回路中一個(gè)很小的接觸電阻將對(duì)電樞端電壓和電樞電流造成很大的影響，且隨著線路接觸電阻的增大，電樞端電壓和電樞電流急劇下降。隨著接觸電阻的增大，通過(guò)在10.05s測(cè)取電樞端電壓和電樞電流，發(fā)現(xiàn)電樞電流由無(wú)接觸電阻時(shí)的930.4A依次減小為810.1A、707.5A和629.9A，即接觸電阻每增加0.01Ω，電樞電流減小100A左右；同時(shí)，電樞端電壓也同步減小，從而嚴(yán)重影響了起動(dòng)性能。

1.2 電氣線路帶載能力檢測(cè)研究

為防止接觸電阻對(duì)起動(dòng)性能造成影響，保持電氣線路處于良好的性能狀態(tài)，有必要對(duì)飛機(jī)電氣線路帶載能力進(jìn)行檢測(cè)。以電磁閥、電動(dòng)機(jī)構(gòu)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例，由于電流是其核心參數(shù)，因此可通過(guò)給電氣線路搭載同原設(shè)備電流相同的模擬負(fù)載，搭建完整的電氣線路，在電氣線路通電情況下，檢測(cè)模擬負(fù)載兩端的端電壓，通過(guò)判斷端電壓水平，間接判斷線路接觸電阻狀況，檢測(cè)設(shè)備電路工作原理如圖8所示。負(fù)載開(kāi)關(guān)根據(jù)被測(cè)設(shè)備的正常工作電流選擇不同大小的模擬負(fù)載。為了判斷線路性能狀態(tài)，在測(cè)量過(guò)程中，將線路性能狀態(tài)分為正常、警告、危險(xiǎn)及故障四個(gè)等級(jí)，以空載電壓為基礎(chǔ)，依據(jù)端電壓測(cè)試結(jié)果，判斷線路性能狀態(tài)，測(cè)量示意圖及線路性能狀態(tài)等級(jí)如圖9所示。通過(guò)經(jīng)常性測(cè)試及數(shù)據(jù)記錄，判斷電氣線路性能長(zhǎng)期的、漸進(jìn)的變化趨勢(shì)，給出預(yù)先維護(hù)的指導(dǎo)性數(shù)據(jù)，防止事故發(fā)生，做到防患于未然。

圖8 電氣線路帶載能力檢測(cè)設(shè)備原理圖

圖9 電氣線路帶載能力檢測(cè)示意圖

2 供電電壓影響因素仿真分析

起動(dòng)供電電壓的波動(dòng)將對(duì)起動(dòng)電氣性能產(chǎn)生影響。當(dāng)供電電壓過(guò)高時(shí)，將不能保證發(fā)動(dòng)機(jī)的安全柔和起步，當(dāng)供電電壓過(guò)低時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將不能快速起動(dòng)或起動(dòng)失敗，起動(dòng)附件將無(wú)法正常工作。以機(jī)上電瓶電壓變化對(duì)起動(dòng)電氣性能的影響為例，一般情況下，電瓶電壓不會(huì)出現(xiàn)過(guò)高的情況，在飛機(jī)上由于蓄電池自放電等原因造成電瓶電壓過(guò)低的情況很普遍。因此通過(guò)不同程度的降低電瓶電壓來(lái)模擬電瓶電壓過(guò)低的情況，來(lái)研究電瓶電壓降低對(duì)起動(dòng)電氣性能的影響。在圖2所示的起動(dòng)仿真電路中，單純改變蓄電瓶供電電壓，分別選取29V、26V、23V和20V四個(gè)不同的電瓶電壓。通過(guò)仿真，分別得到起動(dòng)機(jī)電樞端電壓和電樞電流分別如圖10～圖13所示。

由圖10～圖13可知，電瓶電壓的降低將對(duì)電樞端電壓和電樞電流造成很大的影響，且隨著電瓶電壓的降低，電樞端電壓和電樞電流下降明顯，在10.05s觀測(cè)電樞端電壓和電樞電流，發(fā)現(xiàn)電樞電流由正常的930.4A依次降為848.8A、750.8A和652.9A，即電瓶電壓每降低3V，電樞電流減小100A左右；同時(shí)電樞端電壓也隨電樞電流依次降低，從而嚴(yán)重影響了起動(dòng)性能。因此，為了預(yù)防電瓶電壓過(guò)低對(duì)起動(dòng)性能的影響，維護(hù)人員應(yīng)該適時(shí)對(duì)電瓶電壓進(jìn)行檢測(cè)。

圖10 U供=29V時(shí)電樞端電壓和電樞電流波形

圖11 U供=26V電樞端電壓和電樞電流波形

圖12 U供=23V電樞端電壓和電樞電流波形

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圖13 U供=20V電樞端電壓和電樞電流波形

3 結(jié)束語(yǔ)

借助仿真軟件，通過(guò)比較分析不同接觸電阻及供電電壓下起動(dòng)電流及電樞電壓數(shù)據(jù)，研究了接觸電阻及供電電壓對(duì)起動(dòng)性能的影響。分析表明，線路接觸電阻及供電電壓的微小變化將導(dǎo)致電樞電流劇烈減小，不利于飛機(jī)的正常起動(dòng)。維護(hù)過(guò)程中必須關(guān)注接觸器等大功率器件老化狀況及供電電壓的波動(dòng)。通過(guò)對(duì)飛機(jī)電氣線路帶載能力機(jī)理的分析，在明確電氣線路帶載能力維護(hù)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過(guò)開(kāi)發(fā)電氣線路帶載能力檢測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路性能狀態(tài)的判斷，對(duì)相關(guān)電氣線路故障的預(yù)防具有較高的參考價(jià)值。

[1]郝世勇,王華新,于春風(fēng).基于PLC的飛機(jī)電氣附件綜合檢測(cè)儀的研制[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2011,30(6),61-63.

[2]于春風(fēng),郝世勇,于守淼.基于PLC的飛機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)綜合檢測(cè)儀的研制[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2012,31(8),64-66.

[3]戰(zhàn)祥新,郝世勇,于春風(fēng).飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)系統(tǒng)在線檢查儀的研制[J].電子設(shè)計(jì)工程,2015,23(15),96-98.