飞机风挡加温系统故障分析与排除

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　　摘要：针对某型飞机风挡玻璃加温系统飞行过程中出现的故障，结合系统工作原理分析可能引发故障的原因，并进行相应的排查工作，最终进行了问题定位和排故总结。
　　关键词：风挡加温;故障分析;维修
　　中图分类号：V276 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）11-0212-03
　　0 引言
　　为了保证飞行员关键视野区清晰，军民用飞机都安装有风挡加温装置。据统计，飞机风挡加温系统的故障并不少见，而飞机风挡的结冰结雾，对飞行安全，特别是着陆时的安全危害很大，甚至会影响飞行员的判断和操作，造成严重的飞行事故和安全隐患[1-3]。
　　1 故障现象
　　某型飞机飞行过程中，机组人员报告右前风挡玻璃内表面温度偏低，与左前风挡相比差异较大，而CAS（机组告警系统）上无相关告警信息。停机后地面测试，左/右前风挡内表面温度一致，判断为偶发故障再次飞行，该故障重新出现。
　　2 系统原理
　　飞机风挡加温系统由加温控制器、控制面板、玻璃内嵌的加热元件、Pt1000温度传感器以及供电和控制线路组成。系统分为左右两个完全相同且独立的子系统，分别为相应侧的风挡玻璃加热。如图1所示，驾驶员根据需求选择温控开关的档位，加热元件通电后使玻璃温度升高，从而防止前风挡外表面结冰，并消除前风挡、通风窗与侧风挡内表面的水雾。
　　加温控制器具有自检测功能，用于控制玻璃温度和系统故障隔离。系统工作过程中，控制器对温度传感器和加热元件的工作状态持续监控，一旦出现故障，即发送故障信息至CAS。风挡具有强、弱两档不同的能量调节水平，每块玻璃内嵌3个温度传感器，分别用于温度控制、过热监控和备份。当加温控制器监控到无输入电压、传感器短路或断路、风挡超温（≥60℃）、错误的电流阀值等情况时会切断电源，同时CAS上会出现风挡加温失效的故障信息。
　　3 故障原因分析
　　通过对风挡加温系统的构型和原理进行分析，造成风挡空中“低温”且CAS（机组告警系统）无告警的故障原因有以下几种，具体分析逻辑框如图2所示。
　　4 故障排查
　　由于该故障在空中发生，地面测试时没有复现，因此不能通过对调左/右加温控制器来简化排故过程，需针对每一项故障原因逐一分析排查。
　　4.1 温度传感器故障
　　如果右前风挡内嵌温度传感器发生漂移，但并未达到超温告警值60℃，可能导致采集温度值比实际温度值偏高，进而导致加温控制器对右前风挡的实际控制温度低于目标值32℃，玻璃内表面温度偏低。对温度传感器阻值进行测量，环境温度约27℃时，3个温度传感器的阻值分别为1105Ω（27.0℃）、1108Ω（27.8℃）和1110Ω（28.3℃），結果均在正常范围内，排除了故障原因A。
　　4.2 加热元件故障
　　玻璃内嵌的加热元件阻值增大会导致回路电流减小，玻璃加温功率降低，从而使风挡内表面温度低于正常值。对右前风挡加温元件极间电阻进行测量，结果均在合理的范围内，排除了故障原因C。
　　4.3 加温控制器故障
　　（1）如果加温控制器的温度采集模块故障，即控制器采集温度高于玻璃实际温度，且采集点落在在目标值与60℃之间，就会造成风挡既不加温也不报故。分别在常温、高温、低温、振动以及低气压等不同环境条件下，使用标准电阻器模拟温度传感器，对控制器温度采集模块进行精度测试，试验结果表明控制器采集精度满足要求。采用目视和电镜观察采集电路，未发现有断裂、虚焊现象，排除了故障原因D。
　　（2）针对控制器加温控制模块及CAN通讯模块故障，开展控制器控制功能和告警功能测试。将风挡加温控制开关分别置于“弱”档和“强”档，经测量前风挡温度达到加温目标值后，控制器无驱动电流输出，试验结果表明控制器控制功能正常。进行系统机上地面功能检查，断开右风挡温控断路器，将控制旋钮置于“弱”档，CAS上出现 “右前风挡加温失效”、“右通风窗加温失效”和“右侧风挡加温失效”的故障信息，试验结果表明加温控制器CAN通讯模块正常，系统故障可以正常报出，由此排除故障原因E。
　　（3）分析系统在地面和空中工作环境的不同，开展系统振动功能试验。使用负载箱代替玻璃，电阻箱模拟玻璃内嵌温度传感器，试验中调节电阻箱阻值，同时用示波器监测振动前和振动中的负载波形。振动试验条件按照图3执行，试验轴向为X、Y、Z三个轴向，如图4所示，试验时间为1h。
　　振动功能试验开始之前，示波器监测波形如图5所示，当试验进行到Z方向时，波形出现变化，如图6所示。针对图5和图6的波形幅值进行电流计算，在Z方向施加振动时输出波形幅值减小，加温电流明显低于正常值。
　　将控制器拆开后发现某插座的D针和E针松动，一旦控制器振动，插针压线处就会虚接。根据加温控制器的工作原理，如图7所示，插座的D针和E针分别连接前风挡玻璃供电的A相和B相，导线虚接将直接导致加温回路的接触电阻增大，加温电流偏小，从而造成玻璃加温功率不足，内表面温度低。另外，由于故障电流并没有低于加温控制器最低电流告警阈值，因此控制器不输出故障信息。由此确定加温控制器内部加温回路故障。
　　针对上述故障原因，对加温控制器插座的插针重新压接之后，对风挡加温系统进行常温和高低温试验、振动功能试验，系统工作正常。更换维修后的加温控制器，后续飞行过程中该故障不再出现。
　　5 结语
　　通过进行以上的故障分析及排查方案的实施，证明系统故障原因确实为加温控制器内部加温回路故障，导致右前风挡在空中加温功率不足，内表面温度偏低。此例故障为某型飞机试飞过程中首次发现的疑难故障，文中结合系统原理和故障原因逻辑框图进行故障排查，为以后飞机风挡加温系统的排故提供了思路和经验，有一定参考价值。
　　参考文献
　　[1] 裘燮纲，韩凤华.飞机防冰系统.北京：航空专业教材编审组，1985.
　　[2] 常士楠.飞机风挡防（ 除）雾系统安全性能分析[J].中国安全科学学报，1998，8（4）：35-38.
　　[3] 冯斌.EMB145风挡加温故障的分析排除[J].江苏航空，2011（1）：47-48.
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