论文部分内容阅读
【摘 要】针对某型飞机压力调节关断活门偶发打不开导致引气系统无压力故障，结合活门工作原理，采用故障树分析法分析原因，对可能的故障件进行试验检测，确认故障原因，制定故障解决措施及故障验证方法。该故障分析、排除方法对类似活门可靠性故障排查具有借鉴意义。
【关键词】压力调节关断活门;故障分析;飞机防冰系统
0引言
某型飞机利用引自发动机的高温高压气体对发动机进气道除冰，压力调节关断活门是飞机发动机进气道防冰系统的控制附件，安装在防冰系统引气管路中，其功能是将引自发动机的高温高压气体调节至适合压力值，提供给发动机进气道除冰，并根据防冰系统工作需要打开/关闭引气源。
1压力调节关断活门工作原理
压力调节关断活门主要由控制机构和执行机构组成（见图1所示），控制机构由过滤器、接通活门、电磁铁、调压机构等组成，执行机构由感压管、中石墨环、套阀等组成。
飞机防冰系统工作时，压力调节关断活门随即开始工作，电磁铁（6）通电，带动接通活门（5）运动，接通活门的上活门关闭，下活门打开，活门入口处引自发动机的高温高压气体进入调压机构（7），经过调压机构（7）之后，将入口壓力调为基准压力，并传入套阀（3）的控制腔A，套阀（3）在控制腔压力的作用下，打开主气流通道，使入口气体经此通道流入出口开始向系统供气。反馈腔B有感压管（1）传输的出口压力，在套阀（3）上产生一个关闭力，活门打开与关闭由反馈腔B和控制腔A的压力控制。当电磁铁（6）断电时，接通活门（5）上活门打开，控制腔压力被释放掉，套阀（3）在进口压力（进口压力作用在套阀的凸缘上）和反馈腔压力共同作用下迅速移向关闭位置，从而停止向系统供气。
当调压机构异常卡滞时，安全活门打开使控制腔排气，防止活门出口压力过高。
2故障分析
2.1故障现象
某型飞机飞行中连续发生两起防冰系统无工作压力故障。
2.2故障原因
结合飞机发动机进气道防冰系统管路走向及工作原理，初步判断故障原因为压力调节关断活门在工作时打不开，导致防冰系统无工作压力。
对出现故障的2套压力调节关断活门进行性能复试，故障未复现。经查询活门实际工作状态（工作介质温度、电压要求），模拟活门实际工况重新试验，2套活门在开关试验分别在进行第20次、第22次时出现活门打不开故障，故障复现。
对活门打不开故障原因进行分析及排查，根据活门的复试情况，活门在正常电压时可以打开，且活门的调压性能正常，可以排除套阀卡滞、反馈腔压力高、控制腔压力低等因素，故重点对电磁铁通电无动作底事件和接通活门卡滞进行排查。（见图2）。
3故障排查
3.1底事件1电磁线圈断路排查：
用电阻表检查电磁铁中电磁线圈电阻，满足设计要求，线圈外部无烧蚀现象。该底事件可以排除。
3.2底事件2电磁线圈短路排查：
用绝缘电阻表检查A、B插针与壳体的绝缘电阻，两套活门的A、B插针与壳体绝缘电阻均为500MΩ。该底事件可以排除。
3.3底事件3电磁铁内部有异物排查：
分解电磁铁，检查电磁铁内部，无异物。该底事件可以排除。
3.4底事件4动、静铁芯锈蚀排查：
分解电磁铁，检查电磁铁中的动铁芯组件、静铁芯，均无锈蚀。该底事件可以排除。
3.5底事件5通电时动铁芯摩擦力变大排查：
将两套活门上的电磁铁重新装配，室温下，不通电时，动铁芯组件存在摩擦力，接通电压后，检查动铁芯的动作，发现动铁芯组件运动有倾斜，动铁芯组件中的顶杆与静铁芯接触，摩擦力变大。该底事件不能排除。
3.6底事件6电磁铁吸力设计裕度不足排查：
将两套活门上的电磁铁放在高温箱中给电磁铁接通实际工作电压，连续进行通断电试验，第1套电磁铁在通电第16次时，电磁铁无法吸合。第2套电磁铁在通电第19次时，电磁铁无法吸合。该底事件不能排除。
3.7底事件7接通活门卡滞排查：
将接通活门从活门上分解下来，检查接通活门的运动情况，接通活门运动灵活，在开关试验时接通活门均能正常关闭，通过以上验证可以排除接通活门卡滞底事件。
通过以上分析，两套活门打不开是由电磁铁通电无动作造成。电磁铁通电无动作可由通电时动铁芯组件摩擦力变大、电磁铁吸力设计裕度不足造成。
4故障排除及验证
进一步对造成故障机理进行分析，并制定相应的解决措施。
4.1通电时动铁芯组件摩擦力变大排除
在电磁铁设计过程中，由于动铁芯组件与电磁铁壳体配合尺寸设计不合理，会导致动铁芯组件一端与电磁铁壳体内孔间隙较小，在该间隙范围内，电磁铁通电时，电磁铁壳体会对动铁芯产生较大的侧吸力。
将电磁铁壳体与动铁芯组件配合内孔尺寸增大，当动铁芯组件贴近线圈架时，动铁芯组件外圆与电磁铁壳体内孔的一侧的间隙相应增大。采用原线圈及改进后的电磁铁壳体进行试验，侧吸力减小明显。
4.2电磁铁吸力设计裕度不足排除
电磁铁的结构尺寸及电磁线圈确定后，电磁铁的吸力主要是由电磁铁内部温度、工作电压决定的。随着电磁铁内部温度的升高，电磁线圈的电阻增大，磁性材料内部的磁场强度会降低，电磁铁的吸力会减小;随着工作电压的减小，电磁线圈的电流会减小，电磁铁的吸力也会减小。经过计算，活门电磁铁的吸力裕度较小，在飞机上综合环境下可能导致动铁芯组件无动作。通过增大电磁铁漆包线的直径和增加线圈圈数，将活门的电磁铁的吸力裕度改大。
对改进后的电磁铁壳体及改进后的线圈进行试验，侧吸力明显减小，电磁铁向下的吸力明显增大。磁动势增加对侧吸力的增加影响较小，故电磁线圈改进不会影响电磁铁的吸合。
4.3验证
改进后的两套电磁铁进行了厂内相关摸底试验及模拟实际环境温度通/断电试验，两套活门电磁铁工作均正常。活门装机后，发动机地面试车检查，飞机防冰系统工作压力正常。随后，飞机飞行验证，防冰系统正常工作，故障排除。
5结束语
在本故障的排除中，对于故障定位后，对故障机理深入分析，制定相应改进措施，并进行相关试验验证，彻底解决了活门打不开偶发故障。本次故障的研究具有一定的通用性，对压力调节关断活门偶发打不开类似故障的处理有一定的指导意义。
（作者单位：航空工业西安飞机工业（集团）有限责任公司）
【关键词】压力调节关断活门;故障分析;飞机防冰系统
0引言
某型飞机利用引自发动机的高温高压气体对发动机进气道除冰，压力调节关断活门是飞机发动机进气道防冰系统的控制附件，安装在防冰系统引气管路中，其功能是将引自发动机的高温高压气体调节至适合压力值，提供给发动机进气道除冰，并根据防冰系统工作需要打开/关闭引气源。
1压力调节关断活门工作原理
压力调节关断活门主要由控制机构和执行机构组成（见图1所示），控制机构由过滤器、接通活门、电磁铁、调压机构等组成，执行机构由感压管、中石墨环、套阀等组成。
飞机防冰系统工作时，压力调节关断活门随即开始工作，电磁铁（6）通电，带动接通活门（5）运动，接通活门的上活门关闭，下活门打开，活门入口处引自发动机的高温高压气体进入调压机构（7），经过调压机构（7）之后，将入口壓力调为基准压力，并传入套阀（3）的控制腔A，套阀（3）在控制腔压力的作用下，打开主气流通道，使入口气体经此通道流入出口开始向系统供气。反馈腔B有感压管（1）传输的出口压力，在套阀（3）上产生一个关闭力，活门打开与关闭由反馈腔B和控制腔A的压力控制。当电磁铁（6）断电时，接通活门（5）上活门打开，控制腔压力被释放掉，套阀（3）在进口压力（进口压力作用在套阀的凸缘上）和反馈腔压力共同作用下迅速移向关闭位置，从而停止向系统供气。
当调压机构异常卡滞时，安全活门打开使控制腔排气，防止活门出口压力过高。
2故障分析
2.1故障现象
某型飞机飞行中连续发生两起防冰系统无工作压力故障。
2.2故障原因
结合飞机发动机进气道防冰系统管路走向及工作原理，初步判断故障原因为压力调节关断活门在工作时打不开，导致防冰系统无工作压力。
对出现故障的2套压力调节关断活门进行性能复试，故障未复现。经查询活门实际工作状态（工作介质温度、电压要求），模拟活门实际工况重新试验，2套活门在开关试验分别在进行第20次、第22次时出现活门打不开故障，故障复现。
对活门打不开故障原因进行分析及排查，根据活门的复试情况，活门在正常电压时可以打开，且活门的调压性能正常，可以排除套阀卡滞、反馈腔压力高、控制腔压力低等因素，故重点对电磁铁通电无动作底事件和接通活门卡滞进行排查。（见图2）。
3故障排查
3.1底事件1电磁线圈断路排查：
用电阻表检查电磁铁中电磁线圈电阻，满足设计要求，线圈外部无烧蚀现象。该底事件可以排除。
3.2底事件2电磁线圈短路排查：
用绝缘电阻表检查A、B插针与壳体的绝缘电阻，两套活门的A、B插针与壳体绝缘电阻均为500MΩ。该底事件可以排除。
3.3底事件3电磁铁内部有异物排查：
分解电磁铁，检查电磁铁内部，无异物。该底事件可以排除。
3.4底事件4动、静铁芯锈蚀排查：
分解电磁铁，检查电磁铁中的动铁芯组件、静铁芯，均无锈蚀。该底事件可以排除。
3.5底事件5通电时动铁芯摩擦力变大排查：
将两套活门上的电磁铁重新装配，室温下，不通电时，动铁芯组件存在摩擦力，接通电压后，检查动铁芯的动作，发现动铁芯组件运动有倾斜，动铁芯组件中的顶杆与静铁芯接触，摩擦力变大。该底事件不能排除。
3.6底事件6电磁铁吸力设计裕度不足排查：
将两套活门上的电磁铁放在高温箱中给电磁铁接通实际工作电压，连续进行通断电试验，第1套电磁铁在通电第16次时，电磁铁无法吸合。第2套电磁铁在通电第19次时，电磁铁无法吸合。该底事件不能排除。
3.7底事件7接通活门卡滞排查：
将接通活门从活门上分解下来，检查接通活门的运动情况，接通活门运动灵活，在开关试验时接通活门均能正常关闭，通过以上验证可以排除接通活门卡滞底事件。
通过以上分析，两套活门打不开是由电磁铁通电无动作造成。电磁铁通电无动作可由通电时动铁芯组件摩擦力变大、电磁铁吸力设计裕度不足造成。
4故障排除及验证
进一步对造成故障机理进行分析，并制定相应的解决措施。
4.1通电时动铁芯组件摩擦力变大排除
在电磁铁设计过程中，由于动铁芯组件与电磁铁壳体配合尺寸设计不合理，会导致动铁芯组件一端与电磁铁壳体内孔间隙较小，在该间隙范围内，电磁铁通电时，电磁铁壳体会对动铁芯产生较大的侧吸力。
将电磁铁壳体与动铁芯组件配合内孔尺寸增大，当动铁芯组件贴近线圈架时，动铁芯组件外圆与电磁铁壳体内孔的一侧的间隙相应增大。采用原线圈及改进后的电磁铁壳体进行试验，侧吸力减小明显。
4.2电磁铁吸力设计裕度不足排除
电磁铁的结构尺寸及电磁线圈确定后，电磁铁的吸力主要是由电磁铁内部温度、工作电压决定的。随着电磁铁内部温度的升高，电磁线圈的电阻增大，磁性材料内部的磁场强度会降低，电磁铁的吸力会减小;随着工作电压的减小，电磁线圈的电流会减小，电磁铁的吸力也会减小。经过计算，活门电磁铁的吸力裕度较小，在飞机上综合环境下可能导致动铁芯组件无动作。通过增大电磁铁漆包线的直径和增加线圈圈数，将活门的电磁铁的吸力裕度改大。
对改进后的电磁铁壳体及改进后的线圈进行试验，侧吸力明显减小，电磁铁向下的吸力明显增大。磁动势增加对侧吸力的增加影响较小，故电磁线圈改进不会影响电磁铁的吸合。
4.3验证
改进后的两套电磁铁进行了厂内相关摸底试验及模拟实际环境温度通/断电试验，两套活门电磁铁工作均正常。活门装机后，发动机地面试车检查，飞机防冰系统工作压力正常。随后，飞机飞行验证，防冰系统正常工作，故障排除。
5结束语
在本故障的排除中，对于故障定位后，对故障机理深入分析，制定相应改进措施，并进行相关试验验证，彻底解决了活门打不开偶发故障。本次故障的研究具有一定的通用性，对压力调节关断活门偶发打不开类似故障的处理有一定的指导意义。
（作者单位：航空工业西安飞机工业（集团）有限责任公司）