论文部分内容阅读
摘要：DA42NG飞机是奥地利钻石飞机公司制造的一款操作简单、飞行安全、经济实用的双发飞机，其优美的流线、优雅的外观博得了业界的好评，荣获了“通航飞机中的宝马”之美誉。DA42NG飞机自2010年6月8日于柏林成功首航后，很快以狂风暴雨般的攻势席卷了中国通航市场并成为了中国各航空院校中教机的主流机型，其安全性能、经济性能、适航性能得到了中国各飞行学院的好评。DA42NG飞机复合材料使用率极高，机身、机翼等主要结构都采用CFRP（Carbon Fiber Reinforced Plastic）和GFRP（Glass Fiber Reinforced Plastic）材料，使得飞机机身、机翼结构具有极高的强度和刚度、极强的耐腐蚀性和维护性，同时也大大减轻了飞机重量增强飞机的经济性。然而，也正是由于复合材料的使用，复合材料和传统的合金材料不同，不具备导电性，使得飞机电源系统也发生了系列的变化。
关键词：电源系统;原理;维护
引言
飞机电源系统是飞机上电能产生、调节、控制和电能转换部分的总称，并通过各汇流条将电能输送给各用电设备，实现电能到其他能的转换，由此可见电源系统的输出功率很大程度上决定了飞机上选择装配的用电设备。目前市面上使用的DA42NG飞机的电源系统分为两个部分，一部分为正常的主电源系统，另一部分为单独给空调系统供电的空调电源系统，两个电源系统相互独立，互不影响。由于空调电源系统只有选装了空调系统的飞机才配备，本文仅对普遍适用于所有DA42NG飞机的主电源系统进行研究。
一、系统组成
电源;发电机;调压器;电流传感器;继电器;搭铁系统
二、系统原理
（一）电源
DA42NG飛机为24V直流电源系统，主要通过以下3种电源（主电源、备用电源、外部电源）为飞机电网提供电能：
①主电源
DA42NG飞机主电源系统采用两台同型号的直流发电机对左、右主汇流条单独供电，并通过继电器盒汇流条将左、右主汇流条连接起来，使左、右发电机互为余度防止单发电机失效时而导致相应用电设备不能工作。
发动机工作时通过一可自动调节皮带张力的V型皮带轮组件驱动发电机旋转后切割磁感线产生额定电压28V、额定电流70A的直流电，经调压器的调节励磁电压的大小后在不同的转速下产生稳定的28V直流电。通过左调压器感知左、右发电机输出电流的大小来调节左发电机输出电流，使其与右发电机输出电流一致从而达到负载均衡的状态。
②备用电源
DA42NG飞机的备用电源包括3种：主电瓶、应急电池组、ECU备用电瓶。其中主电瓶是一个额定电压约24V、容量13.6Ah（5h放电速率）的免维护铅酸电瓶（VRLA蓄电池）用于给DA42NG飞机的用电设备供电，并在两台发电机同时失效时至少能给应急设备供电30分钟，保证飞机能安全着陆。应急电池组由10节3V，1300mAh的锂锰干电池组成，其额定电压为30V、容量为13Ah，安装于位于主驾驶的仪表板后方。当发电机和主电瓶同时失效时，将应急电源开关置于ON位后，应急电池组输出30V直流电经静变器转换为400V，115HZ的交流电为备用姿态仪和地板照明供电至少1小时30分钟。ECU备用电池分为左ECU备用电池和右ECU备用电池，都是由两个12V、7.2Ah的电池串联而成，分别安装在左乘客座椅地板下方（左ECU备用电池）和飞机垂直安定面下部盖板内（右ECU备用电池），用于飞行过程中当主电源系统和主电瓶都失效时给ECU供电，防止因ECU供电中断而导致发动机停止转动。
③外部电源
当飞机停留在地面时，需要对机进行维护、启动发动机等作业时，可以使用外部电源以降低成本，减少机载电瓶的使用，避免过度使用机载电瓶而造成电容量不足而更换机载电瓶。DA42NG飞机的地面电源是由28V的直流电源车或固定电源连接位于机头下方、前起落架前方的三针插头（EPU）将外部电源输送到飞机电网。
（二）DA42NG飞机复合材料的使用率很高，但复合材料结构不导电
为了让电源系统形成回路，DA42NG飞机采用一系列金属管和金属条构成了飞机的搭铁系统，并将飞机上所有的金属部件以及天线接地板连接到搭铁系统构成了，如此一来整个飞机便同传统的合金材料飞机一样可以将“整个机身”看做是电路中“地”。
（三）调压器
DA42NG飞机上装有两个调压器，分别安装于左、右发动机短舱内，用于感受左、右发电机输出电压的大小后输出适当的励磁电流使发电机输出电压为稳定28V直流电;左调压器还有额外的功能：接收左、右电流传感器的信号，比较左、右发电机输出电流后，调整左发电机励磁电流大小使左发电机输出匹配右发电机输出，从而使整个电源系统负载均衡。
（四）电流传感器
DA42NG飞机上一共安装了4个相同型号的电流传感器：其中2个电流传感器安装于左、右发动机短舱内，套在发电机输出电源线上，用于感受发电机输出电流大小传输给调压器;另外2个电流传感器为电流指示传感器，安装于座舱内飞行员座椅下方，用于感受电源系统左、右发电机电流大小并传送给GEA71用于座舱内电流大小显示。
（五）供电原理
DA42NG飞机发动机是通过主电瓶或者外部电源作为启动电源。当左发动机启动时，主电瓶电流经电瓶继电器（外部电瓶经外部电源继电器）进入继电器盒汇流条，再通过一个90A左电瓶断路器进入左主汇流条，再通过一个单向二极管进入左ECU汇流条，接着流经左发动机开关进入左调压器组件，左调压器组件根据此时电压值的大小产生适当大小的励磁电流输入交流发电机励磁绕组（转子）产生磁场，左发动机带动左交流发电机旋转，于是励磁绕组便产生了旋转磁场，电枢绕组（定子）切割旋转磁场产生交流电，交流电通过发电机内部整流子后输出直流电通过发电机继电器进入左主汇流条，左调压器感受到左主汇流条的电压值大小，调整励磁电流的大小，使发电机输出稳定的28V左右的直流电。以此可类推右发电机的工作原理。左主汇流条通过继电器盒汇流条经一个90A右电瓶断路器与右主汇流条相连，左、右发电机输出电源线之后位于发动机短舱内各套有一个电流传感器将感受到的发电机输出电流同时传送给左调压器，左调压器比较两台发动机输出电流的大小，通过调节左发电机励磁电流的大小使左发电机输出匹配右发电机输出，从而使整个电源系统负载均衡。 三、典型故障
自2018年3月某飞行学院将DA42NG飞机投入教学训练后，进两年的飞行训练过程中，DA42NG飞机电源系统常见故障主要包括：发电机开关故障（5起）、外接电源柱断（3起）、接线片松动（1起）。通过故障事件分析，可见DA42NG飞机电源系统主要部件（如发电机、调压器、电流传感器等）可靠性较高，发电机开关由于材质、安装位置等原因导致故障率较高、外接电源接线柱或许是由于安装方式的原因容易脱落。现就一起因电源系统某接线片安装不牢造成飞机电源系统故障的典型案例及排故过程进行研究：
2019年11月30日，某飞行学院DA42NG型飞机B-1XXC执行本场飞行训练任务，飞机在巡航阶段时，突然PFD右下方警告窗口显示栏显示黄色警戒信息“R ALT FAIL”（右交流发电机失效），MFD发动机页面显示：左发电机电压27.5V，电流22A，右发电机电压27.1V，电流4A。机组通过复位发电机开关、复位各断路器等方法均无法消除“R ALT FAIL”警戒信息，于是只得滑回机库检查，中止飞行训练任务。
首先，维修人员根据左、右发电机输出电流差值大这一故障现象，判断或许是左调压器故障了导致左、右发电机电流无法均衡，于是更换左发电机调压器，地面试车检查发现故障依然存在。接着维修人员判断：是否是右发电机性能差导致左、右发电机输出电压相差过大从而导致故障信息出现，于是更换右发电机。但是地面试车检查时故障依旧没有排除，于是怀疑是否是输入信号给调压器的电流传感器故障导致调压器无法感受不到两台发动机的电流差而不能均衡电源系统负载，于是互换两台发电机电流传感器的位置，但是故障现象依旧没有改变，排除电流传感器故障这种可能。最后维修人员判断是否是飞机电源系统电路上某处接触不良或其他原因造成该故障，于是使用电压表，检查电源系统电路中各节点端电压是否存在压降，测量结果果然不出所料：主驾座椅下方处右发电机电流指示传感器导线接线柱前端和后端的端电压不同。于是断开飞机电源，通过摇晃该接线柱上的所有导线终于找到了问题的根源：接线片压紧螺帽松动，导致该处接触电阻增大，从而使两台发电机负载不均衡出现该故障现象。
四、电源系统常见故障处理措施
DA42NG飞机电源系统常见故障主要包括：过电压、低电压、左、右发电机输出不均衡、断路器跳出、电流仅指示异常，其故障原因如电源系统故障分布图所示：
电源系统故障分布图
五、维护建议
1 严格按照Austro Engine Maintenance Manual的要求每300飞行小时对发电机进行功能检查。
2 从DA42NG飞机2年多的运行来看，发电机开关或许由于材质、设计等原因故障率较高，建议日常维护中加强发电机开关的检查。
3 外部电源继电器插头由于安装方式等原因容易脱落，日常维护中因加强对其的检查。
【参考文献】
[1]DA42NG AIRPLANE MAINTENANCE MANUAL.DocNo.70215.（R4）.
[2]DA42NG AIRPLANE FLIGHT MANUAL.Doc.No.70116e（R4）.
[3]Austro Engine Maintenance Manual E4 series.Doc.No.E4.08.04（R27）.
[4]朱新宇，彭衛东，何建.民航飞机电气系统[M].成都：西南交通大学出版社，2010.
关键词：电源系统;原理;维护
引言
飞机电源系统是飞机上电能产生、调节、控制和电能转换部分的总称，并通过各汇流条将电能输送给各用电设备，实现电能到其他能的转换，由此可见电源系统的输出功率很大程度上决定了飞机上选择装配的用电设备。目前市面上使用的DA42NG飞机的电源系统分为两个部分，一部分为正常的主电源系统，另一部分为单独给空调系统供电的空调电源系统，两个电源系统相互独立，互不影响。由于空调电源系统只有选装了空调系统的飞机才配备，本文仅对普遍适用于所有DA42NG飞机的主电源系统进行研究。
一、系统组成
电源;发电机;调压器;电流传感器;继电器;搭铁系统
二、系统原理
（一）电源
DA42NG飛机为24V直流电源系统，主要通过以下3种电源（主电源、备用电源、外部电源）为飞机电网提供电能：
①主电源
DA42NG飞机主电源系统采用两台同型号的直流发电机对左、右主汇流条单独供电，并通过继电器盒汇流条将左、右主汇流条连接起来，使左、右发电机互为余度防止单发电机失效时而导致相应用电设备不能工作。
发动机工作时通过一可自动调节皮带张力的V型皮带轮组件驱动发电机旋转后切割磁感线产生额定电压28V、额定电流70A的直流电，经调压器的调节励磁电压的大小后在不同的转速下产生稳定的28V直流电。通过左调压器感知左、右发电机输出电流的大小来调节左发电机输出电流，使其与右发电机输出电流一致从而达到负载均衡的状态。
②备用电源
DA42NG飞机的备用电源包括3种：主电瓶、应急电池组、ECU备用电瓶。其中主电瓶是一个额定电压约24V、容量13.6Ah（5h放电速率）的免维护铅酸电瓶（VRLA蓄电池）用于给DA42NG飞机的用电设备供电，并在两台发电机同时失效时至少能给应急设备供电30分钟，保证飞机能安全着陆。应急电池组由10节3V，1300mAh的锂锰干电池组成，其额定电压为30V、容量为13Ah，安装于位于主驾驶的仪表板后方。当发电机和主电瓶同时失效时，将应急电源开关置于ON位后，应急电池组输出30V直流电经静变器转换为400V，115HZ的交流电为备用姿态仪和地板照明供电至少1小时30分钟。ECU备用电池分为左ECU备用电池和右ECU备用电池，都是由两个12V、7.2Ah的电池串联而成，分别安装在左乘客座椅地板下方（左ECU备用电池）和飞机垂直安定面下部盖板内（右ECU备用电池），用于飞行过程中当主电源系统和主电瓶都失效时给ECU供电，防止因ECU供电中断而导致发动机停止转动。
③外部电源
当飞机停留在地面时，需要对机进行维护、启动发动机等作业时，可以使用外部电源以降低成本，减少机载电瓶的使用，避免过度使用机载电瓶而造成电容量不足而更换机载电瓶。DA42NG飞机的地面电源是由28V的直流电源车或固定电源连接位于机头下方、前起落架前方的三针插头（EPU）将外部电源输送到飞机电网。
（二）DA42NG飞机复合材料的使用率很高，但复合材料结构不导电
为了让电源系统形成回路，DA42NG飞机采用一系列金属管和金属条构成了飞机的搭铁系统，并将飞机上所有的金属部件以及天线接地板连接到搭铁系统构成了，如此一来整个飞机便同传统的合金材料飞机一样可以将“整个机身”看做是电路中“地”。
（三）调压器
DA42NG飞机上装有两个调压器，分别安装于左、右发动机短舱内，用于感受左、右发电机输出电压的大小后输出适当的励磁电流使发电机输出电压为稳定28V直流电;左调压器还有额外的功能：接收左、右电流传感器的信号，比较左、右发电机输出电流后，调整左发电机励磁电流大小使左发电机输出匹配右发电机输出，从而使整个电源系统负载均衡。
（四）电流传感器
DA42NG飞机上一共安装了4个相同型号的电流传感器：其中2个电流传感器安装于左、右发动机短舱内，套在发电机输出电源线上，用于感受发电机输出电流大小传输给调压器;另外2个电流传感器为电流指示传感器，安装于座舱内飞行员座椅下方，用于感受电源系统左、右发电机电流大小并传送给GEA71用于座舱内电流大小显示。
（五）供电原理
DA42NG飞机发动机是通过主电瓶或者外部电源作为启动电源。当左发动机启动时，主电瓶电流经电瓶继电器（外部电瓶经外部电源继电器）进入继电器盒汇流条，再通过一个90A左电瓶断路器进入左主汇流条，再通过一个单向二极管进入左ECU汇流条，接着流经左发动机开关进入左调压器组件，左调压器组件根据此时电压值的大小产生适当大小的励磁电流输入交流发电机励磁绕组（转子）产生磁场，左发动机带动左交流发电机旋转，于是励磁绕组便产生了旋转磁场，电枢绕组（定子）切割旋转磁场产生交流电，交流电通过发电机内部整流子后输出直流电通过发电机继电器进入左主汇流条，左调压器感受到左主汇流条的电压值大小，调整励磁电流的大小，使发电机输出稳定的28V左右的直流电。以此可类推右发电机的工作原理。左主汇流条通过继电器盒汇流条经一个90A右电瓶断路器与右主汇流条相连，左、右发电机输出电源线之后位于发动机短舱内各套有一个电流传感器将感受到的发电机输出电流同时传送给左调压器，左调压器比较两台发动机输出电流的大小，通过调节左发电机励磁电流的大小使左发电机输出匹配右发电机输出，从而使整个电源系统负载均衡。 三、典型故障
自2018年3月某飞行学院将DA42NG飞机投入教学训练后，进两年的飞行训练过程中，DA42NG飞机电源系统常见故障主要包括：发电机开关故障（5起）、外接电源柱断（3起）、接线片松动（1起）。通过故障事件分析，可见DA42NG飞机电源系统主要部件（如发电机、调压器、电流传感器等）可靠性较高，发电机开关由于材质、安装位置等原因导致故障率较高、外接电源接线柱或许是由于安装方式的原因容易脱落。现就一起因电源系统某接线片安装不牢造成飞机电源系统故障的典型案例及排故过程进行研究：
2019年11月30日，某飞行学院DA42NG型飞机B-1XXC执行本场飞行训练任务，飞机在巡航阶段时，突然PFD右下方警告窗口显示栏显示黄色警戒信息“R ALT FAIL”（右交流发电机失效），MFD发动机页面显示：左发电机电压27.5V，电流22A，右发电机电压27.1V，电流4A。机组通过复位发电机开关、复位各断路器等方法均无法消除“R ALT FAIL”警戒信息，于是只得滑回机库检查，中止飞行训练任务。
首先，维修人员根据左、右发电机输出电流差值大这一故障现象，判断或许是左调压器故障了导致左、右发电机电流无法均衡，于是更换左发电机调压器，地面试车检查发现故障依然存在。接着维修人员判断：是否是右发电机性能差导致左、右发电机输出电压相差过大从而导致故障信息出现，于是更换右发电机。但是地面试车检查时故障依旧没有排除，于是怀疑是否是输入信号给调压器的电流传感器故障导致调压器无法感受不到两台发动机的电流差而不能均衡电源系统负载，于是互换两台发电机电流传感器的位置，但是故障现象依旧没有改变，排除电流传感器故障这种可能。最后维修人员判断是否是飞机电源系统电路上某处接触不良或其他原因造成该故障，于是使用电压表，检查电源系统电路中各节点端电压是否存在压降，测量结果果然不出所料：主驾座椅下方处右发电机电流指示传感器导线接线柱前端和后端的端电压不同。于是断开飞机电源，通过摇晃该接线柱上的所有导线终于找到了问题的根源：接线片压紧螺帽松动，导致该处接触电阻增大，从而使两台发电机负载不均衡出现该故障现象。
四、电源系统常见故障处理措施
DA42NG飞机电源系统常见故障主要包括：过电压、低电压、左、右发电机输出不均衡、断路器跳出、电流仅指示异常，其故障原因如电源系统故障分布图所示：
电源系统故障分布图
五、维护建议
1 严格按照Austro Engine Maintenance Manual的要求每300飞行小时对发电机进行功能检查。
2 从DA42NG飞机2年多的运行来看，发电机开关或许由于材质、设计等原因故障率较高，建议日常维护中加强发电机开关的检查。
3 外部电源继电器插头由于安装方式等原因容易脱落，日常维护中因加强对其的检查。
【参考文献】
[1]DA42NG AIRPLANE MAINTENANCE MANUAL.DocNo.70215.（R4）.
[2]DA42NG AIRPLANE FLIGHT MANUAL.Doc.No.70116e（R4）.
[3]Austro Engine Maintenance Manual E4 series.Doc.No.E4.08.04（R27）.
[4]朱新宇，彭衛东，何建.民航飞机电气系统[M].成都：西南交通大学出版社，2010.