譚小伍 李恒 喬林 李楠

摘要：針對(duì)一起“超溫I”告警故障，通過(guò)機(jī)理分析，確定了故障原因，并對(duì)由溫度限制器引起的故障進(jìn)行了排除，為類(lèi)似故障的排除提供參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);超溫;三極管

某型飛機(jī)溫控系統(tǒng)用于監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度超過(guò)限油調(diào)定值時(shí)會(huì)減少發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油供油量，當(dāng)溫度超過(guò)停車(chē)保護(hù)調(diào)定值時(shí)會(huì)自動(dòng)控制發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)，保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)，其主要控制部件為溫度限制器。該型飛機(jī)的溫度限制器為國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品，但穩(wěn)定性差、故障率高，且電子產(chǎn)品發(fā)生故障的時(shí)機(jī)不確定，一直是修理、維護(hù)的難點(diǎn)。

1故障現(xiàn)象

某型飛機(jī)飛行過(guò)程中，當(dāng)高度200m、速度500km/h、轉(zhuǎn)速93%～95%時(shí)，綜合告警顯示盒上出現(xiàn)“超溫I”告警信號(hào)，主注意燈閃亮，轉(zhuǎn)速下降至60%;將“溫控系統(tǒng)”電門(mén)關(guān)閉后，加油門(mén)至轉(zhuǎn)速100%，爬高至3000m，5min后重新打開(kāi)“溫控系統(tǒng)”電門(mén)，綜合告警顯示盒內(nèi)“超溫I”告警信號(hào)消失，溫控系統(tǒng)工作正常。在地面進(jìn)行多次試車(chē)，故障復(fù)現(xiàn)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定工作，轉(zhuǎn)速在90%時(shí)，斷開(kāi)“溫控系統(tǒng)”開(kāi)關(guān)后再次接通，綜合告警盒“超溫I”告警燈亮，主注意燈持續(xù)閃亮，再次試車(chē)后故障消失。

2溫控系統(tǒng)和溫度限制器工作原理

2.1溫控系統(tǒng)工作原理

某型飛機(jī)溫控系統(tǒng)由熱電偶傳感器、PTl2-9-2溫度限制器、電源發(fā)動(dòng)機(jī)控制盒、溫控系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)、溫控系統(tǒng)檢查開(kāi)關(guān)等組成。正常情況下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度達(dá)到700±15℃時(shí)，溫度限制器輸出信號(hào)，使綜合告警系統(tǒng)發(fā)出“超溫I”告警信號(hào)，并控制發(fā)動(dòng)機(jī)限油活門(mén)工作。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度達(dá)到730±15℃時(shí)，溫度限制器輸出信號(hào)，在地面由綜合告警系統(tǒng)發(fā)出“超溫II”告警信號(hào)，使發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)活門(mén)工作，發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē);在空中由綜合告警系統(tǒng)發(fā)出“超溫II”告警信號(hào)，使發(fā)動(dòng)機(jī)限油活門(mén)工作（在起飛、著陸狀態(tài)，只輸出告警信號(hào)，限油活門(mén)不工作）。

2.2溫度限制器工作原理

如圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)上熱電偶溫度傳感器將發(fā)動(dòng)機(jī)溫度轉(zhuǎn)換為熱電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，輸入溫度限制器內(nèi)的比較元件;穩(wěn)定器將機(jī)上27V直流電轉(zhuǎn)換為變換器需要的17V直流電壓，定值器根據(jù)u冷的數(shù)值和變換器輸出的35V電壓給定基準(zhǔn)電壓，也同樣輸入到比較元件。比較元件對(duì)兩路輸入信號(hào)進(jìn)行比較，輸出差異信號(hào)，通過(guò)放大變換裝置進(jìn)行放大處理，當(dāng)通過(guò)熱電偶采集到的發(fā)動(dòng)機(jī)溫度超過(guò)溫度限制器內(nèi)的溫度調(diào)定值時(shí)，觸發(fā)器工作，輸出控制信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)限油活門(mén)工作和輸出告警信號(hào)。

熱電偶的熱電動(dòng)勢(shì)大小不僅與測(cè)量端溫度（如發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度）有關(guān)，還取決于u冷自由端（冷端）的溫度。采用熱電偶方式進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)需保持冷端溫度恒定，且難以實(shí)現(xiàn)，通常在電路中引入一個(gè)隨冷端溫度變化的附加電動(dòng)勢(shì)，自動(dòng)補(bǔ)償冷端溫度的變化，保證測(cè)量精度。PT12-9溫度限制器中的冷端補(bǔ)償電阻R22與定值器部分組成了一個(gè)隨冷端溫度變化的附加電動(dòng)勢(shì)，自動(dòng)補(bǔ)償冷端溫度的變化。

3排故過(guò)程

根據(jù)溫控系統(tǒng)的工作原理，針對(duì)故障現(xiàn)象，對(duì)機(jī)上溫控系統(tǒng)的相關(guān)部附件、電纜的外觀進(jìn)行檢查，未見(jiàn)異常;對(duì)系統(tǒng)的電纜線路進(jìn)行了導(dǎo)通、絕緣，檢查電纜插頭、電源發(fā)動(dòng)機(jī)控制盒、開(kāi)關(guān)等，性能均符合要求。通過(guò)原理分析以及機(jī)上逐一排查，初步排除了機(jī)上溫控系統(tǒng)線路、開(kāi)關(guān)和電源發(fā)動(dòng)機(jī)控制盒等故障的可能性。判斷可能是PTl2-9-2溫度限制器工作異常，導(dǎo)致溫控系統(tǒng)誤輸出“超溫I”工作信號(hào)。

多次檢查溫度限制器在常溫下的工作電流、告警溫度調(diào)定值、輸出脈沖頻率、延遲時(shí)間等性能指標(biāo)，各項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)要求，未見(jiàn)異常。分解檢查產(chǎn)品內(nèi)部各元器件外觀、焊點(diǎn)等，均符合要求。

為進(jìn)一步查找故障點(diǎn)，參考當(dāng)日飛機(jī)飛行狀態(tài)。飛行參數(shù)記錄飛行時(shí)的大氣溫度為38.8℃，飛行高度僅200m左右。溫度限制器安裝于電源艙上部密閉腔內(nèi)，在陽(yáng)光照曬下其所處環(huán)境溫度可能更高，有可能誘發(fā)電子元器件性能下降，為此決定對(duì)溫度限制器進(jìn)行高溫試驗(yàn)，以進(jìn)一步查找故障點(diǎn)。

依據(jù)GJBl50.3A-2009（（軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第3部分：高溫試驗(yàn)》相關(guān)規(guī)定，將高溫溫度設(shè)置為60°C進(jìn)行產(chǎn)品的性能測(cè)試。將溫度限制器置于高低溫恒溫箱內(nèi)，當(dāng)溫度達(dá)到55℃左右并穩(wěn)定后，此時(shí)檢測(cè)設(shè)備模擬給定的溫度相當(dāng)于發(fā)動(dòng)機(jī)溫度為424℃，出現(xiàn)“超溫I”告警的異常工作信號(hào)，同時(shí)，檢測(cè)設(shè)備上的u冷顯示值由215mV降為13.2mV。逐步降低高低溫恒溫箱內(nèi)溫度，當(dāng)溫度下降至約40°C時(shí)故障現(xiàn)象消失。將高低溫恒溫箱內(nèi)溫度再次升至55℃，保持一段時(shí)問(wèn)后，故障再次出現(xiàn)。

根據(jù)PTl2-9-2溫度限制器原理圖，為了鎖定故障點(diǎn)，針對(duì)可能引起溫度限制器異常輸出“超溫I”告警的因素確定故障樹(shù)，如圖2所示。

產(chǎn)品在高溫55℃時(shí)出現(xiàn)故障現(xiàn)象，u冷由21.5mV降為13.2mV，根據(jù)故障樹(shù)對(duì)故障元器件進(jìn)行逐一排查。

1）定值器B3-4。u冷和變換器供電電壓會(huì)影響定值器B3-4的基準(zhǔn)電壓，定值器E3-4的基準(zhǔn)電壓（1.7V）與正常時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)（0.2V）有較大區(qū)別，而基準(zhǔn)電壓是由R22電阻隨冷端溫度變化而自動(dòng)變化的，或是由P2繼電器動(dòng)作引起基準(zhǔn)電壓變化的。對(duì)R22電阻進(jìn)行更換，并對(duì)P2繼電器的工作性能進(jìn)行檢查，更換R22電阻后故障現(xiàn)象仍然存在，RP2繼電器工作正常，可以排除定值器B3-4內(nèi)部元件是導(dǎo)致基準(zhǔn)電壓異常的故障原因。因此，故障可能存在于變換器或穩(wěn)定器。

2）變換器。檢查變換器輸出電壓為9V左右（正常時(shí)應(yīng)為35V左右），輸入電壓為5.6V（正常時(shí)應(yīng)為17V），因此判斷引起輸出電壓不正常是由穩(wěn)定器輸入的電壓異常導(dǎo)致。

3）穩(wěn)定器。檢查穩(wěn)定器輸出電壓為5.6V（正常時(shí)應(yīng)為17V），放大驅(qū)動(dòng)三極管輸出電壓為27V（正常時(shí)應(yīng)為12V）。根據(jù)圖1、圖3可知，穩(wěn)定器發(fā)生故障，原因可能為穩(wěn)定器中的放大驅(qū)動(dòng)三極管故障導(dǎo)通所致。

4）T3組件。檢查T(mén)3組件中三極管基極存在27V控制信號(hào)，使三極管導(dǎo)通，輸出信號(hào)為27V直流信號(hào)，工作正常，由此可以排除T3組件故障。

5）TF-14觸發(fā)器。檢查T(mén)F-14觸發(fā)器中三極管基極存在27V控制信號(hào)，使三極管導(dǎo)通，TF-14觸發(fā)器正常工作輸出27V控制信號(hào)，由此可以排除TF-14觸發(fā)器故障。

6）放大器yT-7A。檢查放大器YT-7A中三極管基極存在25.5V控制信號(hào)，使三極管導(dǎo)通，放大器yT-7A正常工作輸出27V控制信號(hào)，由此可以排除放大器yT-7A故障。

7）微分電路磁放大器YM-8AM。檢查微分電路磁放大器YM-8AM中的差異電壓信號(hào)已達(dá)到1.5V左右（正常為0.15V左右），差異電壓信號(hào)是由定值器B 3-4的基準(zhǔn)電壓決定的，與定值器B 3-4提供的基準(zhǔn)電壓異常（1.7V）相吻合，因此可以排除微分電路磁放大器yM-8AM故障。

4故障機(jī)理分析

穩(wěn)定器是一典型串聯(lián)穩(wěn)壓電路，由調(diào)整三極管、放大驅(qū)動(dòng)三極管和穩(wěn)壓二極管三部分組成，如圖3所示，其作用是將機(jī)上27V直流電轉(zhuǎn)換為變換器需要的17V工作電壓。放大驅(qū)動(dòng)三極管對(duì)穩(wěn)壓二極管和調(diào)整三極管輸出電壓進(jìn)行比較，輸出驅(qū)動(dòng)電壓控制調(diào)整三極管的導(dǎo)通角，使輸出電壓穩(wěn)定至17V。經(jīng)檢測(cè)，發(fā)生故障時(shí)放大驅(qū)動(dòng)三極管由放大狀態(tài)變?yōu)榱藢?dǎo)通狀態(tài)（集電極與發(fā)射極導(dǎo)通），使調(diào)整三極管的導(dǎo)通角變小，輸出電壓降低（實(shí)測(cè)故障時(shí)電壓為5.6V），使定值器輸出基準(zhǔn)電壓升高，導(dǎo)致觸發(fā)器工作，溫度限制器輸出“超溫I”告警信號(hào)。

由圖1可知，定值器輸出的基準(zhǔn)電壓由u玲的數(shù)值和變換器輸出的供電電壓確定。故障出現(xiàn)時(shí)，檢測(cè)設(shè)備上的u玲顯示值由正常的21.5mV降為13.2mV，定值器輸出基準(zhǔn)電壓1.7V，與正常工作電壓0.2V有較大差別，此時(shí)測(cè)量變換器輸出電壓為9V（正常為35V），穩(wěn)定器輸出電壓為5.6V（正常為17V），由此確定穩(wěn)定器存在故障。

5試驗(yàn)驗(yàn)證

將穩(wěn)定器中的放大驅(qū)動(dòng)三極管拆下進(jìn)行單獨(dú)測(cè)試，常溫下測(cè)量三極管的集電極與發(fā)射極電阻為無(wú)窮大（正常）;對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)加溫，隨著環(huán)境溫度的升高電阻值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，當(dāng)溫度達(dá)到40℃時(shí)，其電阻為20Ω左右，表明該三極管高溫性能變差，不能正常工作。經(jīng)查閱相關(guān)資料，放大驅(qū)動(dòng)三極管型號(hào)是1T403H，為鍺半導(dǎo)體三極管，受溫度影響大，工作穩(wěn)定性差，本產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造時(shí)已考慮到該三極管特性，在該三極管外部單獨(dú)加裝了較大體積的散熱片，如圖4所示，減少溫度影響。該故障三極管進(jìn)行單獨(dú)加溫試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)集電極與發(fā)射極電阻下降，說(shuō)明該三極管高溫時(shí)性能變差，靜態(tài)工作點(diǎn)發(fā)生了漂移。隨后，將故障三極管串裝至另一件溫度限制器上，加溫至57℃左右時(shí)故障復(fù)現(xiàn);故障溫度限制器更換三極管后，進(jìn)行常溫和高溫試驗(yàn)，產(chǎn)品工作正常。

綜上所述，根據(jù)飛行過(guò)程中故障出現(xiàn)時(shí)溫度限制器所處的環(huán)境溫度，以及三極管的特性，某型飛機(jī)“超溫I”告警故障是由于溫度限制器異常輸出信號(hào)導(dǎo)致，引起溫度限制器異常輸出“超溫I”告警信號(hào)的原因是：溫度限制器中的放大驅(qū)動(dòng)三極管（1T403H型）性能下降，高溫時(shí)集電極與發(fā)射極異常導(dǎo)通，引發(fā)故障。

6結(jié)束語(yǔ)

溫度限制器PTl2-9-2內(nèi)部采用的為磁放大器、分立半導(dǎo)體電子元器件、扼流圈、變壓器式變換器等電路形式，該形式屬于上世紀(jì)技術(shù)，比較落后，穩(wěn)定性差，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的裝備使用后故障率高。電子產(chǎn)品發(fā)生故障的時(shí)機(jī)不確定，在使用過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)各類(lèi)故障，應(yīng)充分分析故障出現(xiàn)時(shí)的各類(lèi)環(huán)境因素和飛行狀態(tài)，有針對(duì)性地進(jìn)行排除。