某型飞机液压系统电动泵机上功能试验故障分析

摘 要：系统机上功能试验的有效开展在飞机研制过程中具有重要的意义。针对某型飞机液压系统功能试验中RAT发电条件下3#系统备用泵抢电故障，从设计方面（3#电动泵控制逻辑）及设计验证方面（试验程序问题、设备问题等）对故障原因进行了定位分析。研究发现，故障为试验程序中蓄压器压力设置不合理所致。最后对程序提出了改进方案，并通过机上验证确认故障排除，提高了功能试验验证的可靠性。

关键词：液压系统 功能试验 控制逻辑 改进方案

中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）02（a）-0009-02

Abstract： The effective implementation of the On Aircraft Test Procedure （OATP） is meaningful during the design and manufacturing process. For the fault that the 3# hydraulic backup pump inhibiting the main pump starting up， reason in the design and the design verification aspect was analyzed respectively. The results indict that the control logic is correct， and the fault is resulted by the irrational pressure of the accumulation during OATP. At last， an optimized proposal was put forward and was verified on the aircraft， which improved the reliability of OATP.

Key Words： Hydraulic system； OATP； Control logic； Optimum proposal

在飞机研制过程中，为保证飞机试飞的安全性，在试飞前需在地面对系统进行最后的综合试验――机上功能试验（OATP），用于对系统进行一系列功能检查[1-3]。在某型飞机液压系统验证RAT条件下3#系统电动泵自动控制功能的OATP中，出现主泵启动后备用泵启动，而后抑制主泵启动的故障现象，使得主泵无法工作，与主泵工作的设计预期不符。这一故障带来的严重后果是：RAT发电条件下若飞机实际运行中备用泵启动后发生失效，主泵将不能启动，从而使3#液压系统完全失去能源，对液压系统性能和功能造成直接的威胁，因此找出导致故障发生的原因非常重要。

该文针对某型民用飞机液压系统OATP程序中RAT发电条件下3#系统备用泵抢电故障，从设计方面（3#电动泵自动控制逻辑）及设计验证方面（OATP试验程序问题、线路问题等）分别进行了分析。研究发现，3#系统电动泵自动控制逻辑设计正确合理，故障为试验程序问题所致，因此对OATP程序提出了改进方案，提高了OATP程序开展的有效性。

1 液压系统概述

民用飞机的液压系统一般由3套独立的系统组成，每个系统包含2台液压泵（主泵、备用泵各一台）、蓄压器、自增压油箱等设备及管路系统[4，5]。某民用飞机3#液压能源系统设有两台电动泵，分别记为ACMP3A、ACMP3B。液压控制系统利用液压逻辑控制盒（HCLE），通过对相关信号的逻辑计算来实现3#系统两台泵的自动运行，保证ACMP3A、ACMP3B分别在单、双日作为3#系统主泵为液压用户供压。ACMP3A/3B由三相重要交流汇流条（AC Essential（3 phase））供电，保证在电源应急构型（左/右发电机及APU发电机均失效）时，由冲压空气涡轮（RAT）发电机供电。

2 故障现象及分析

某民用飞机液压系统在进行OATP试验，对电源应急构型状态RAT发电情况下3#系统电动泵自动功能进行验证时，发生主泵首先启动随后停止，备用泵启动的现象。现场对故障进行了复现。该故障出现的原因可能是设计方面（ACMP3A/3B控制逻辑）的问题或设计验证方面（OATP程序、线路或设备）的问题。下文将分别从这两方面对故障原因进行分析定位。

2.1 设计方面分析

为判定该故障是否为设计方面存在问题所致，需对3#系统电动泵自动控制逻辑进行详细的分析。电动泵控制逻辑运算由HCLE完成，其中备用泵的控制逻辑中HCLE接收的信号共计7个，包括空/地信号、RAT是否发电、主泵压力高/低等。为实现主/备用泵的运行模式，备用泵的控制逻辑运算中，除需判断飞行状态、RAT是否发电等信号外，还需对主泵压力高低进行判断：若主泵压力低，则备用泵逻辑判断主泵失效，并立即启动备用泵。由于在RAT发电前主、备用泵均停止，此时主泵压力一定为低。为避免RAT发电后的瞬间备用泵逻辑误以为主泵已经失效，在设置备用泵逻辑时，在其逻辑中对“RAT发电”信号采用了t1延时，即RAT发电后t1内备用泵逻辑仍判断为RAT未发电（“RAT未发电”信号为0），使得备用泵逻辑最终输出为0，以保证主泵有t1的时间启动。进一步研究发现，t1内主泵能否启动至高压将直接影响两台泵的工作状态。

现根据主泵启动至高压的时间t2与t1的关系，对逻辑分为两种工况进行分析。结果表明，逻辑可以保证：若主泵启动至高压的r间t2小于t1，主泵就可以保持运行的状态，不会发生备用泵抢电的故障。

在实际飞行中，查阅该飞机液压系统的设计文件和试验报告可知，RAT发电情况下，主泵启动至高压的时间t2较短，小于前文分析中提到的t1，因此这一过程中备用泵逻辑信号保持为0，不会发生备用泵启动抑制主泵工作的现象。因此可以推断，电动泵控制逻辑正确，故障非设计方面的原因所致。

2.2 设计验证方面分析

为判定该故障是否为设计验证方面的原因所致，现场排故时对3#系统的线路及设备进行了检查，经确认均无故障；而对OATP试验程序分析时，初步判定程序本身存在问题，即试验中蓄压器状态与真实情况中不一致，并导致电动泵启动时间t2不同（具体情况如表1所示）。下文结合图1，对两种工况中蓄压器压力不同导致电动泵运行差异的原因进行简单分析。

真实飞行中，电动泵正常工作时为液压用户提供压力的同时，也对蓄压器进行增压，保证蓄压器压力与系统压力p1相同；当飞机突然进入电源应急构型电动泵停止运行时，由于蓄压器内压力p1大于优先阀的开启压力p2，使得蓄压器能够及时为系统增压。在RAT发电后主泵重新启动期间，当主泵压力未达到蓄压器当前压力时，主泵压力滤上的单向阀始终保持闭合状态，主泵不需对系统和蓄压器供压，从而使得主泵启动至高压的时间较短。

试验中，蓄压器预充压，在试验温度下，充压压力仅为p3左右，小于优先阀的开启压力p2，即在主泵重新启动期间，蓄压器不能为系统增压，主泵压力滤上的单向阀始终保持打开状态，导致电动泵在启动期间需对系统和蓄压器进行充压，重新启动时间t2相对较长，当启动时间t2大于t1时，即出现了主泵首先启动但未在规定时间内启动至高压而导致备用泵启动的故障现象。

2.3 故障原因小结

综上，OATP中备用泵抢电故障是由于试验中蓄压器压力设置与真实飞行条件不一致所致。下文将对故障现有处置方案进行分析，并提出优化处置方案。

3 故障处置方案及优化方案分析

3.1 现有方案

现场在对该故障进行处理时，采取的措施是在设置试验条件时，人工将主泵压力置于高位，即人工将输入信号“主泵压力低”信号设置为0，使得备用泵的控制逻辑始终为0。该措施实现了主泵启动并保持运行的目的，但导致电动泵的启动并非由逻辑控制，而是人工操控，违背了OATP程序对电动泵自动功能检查的目的。

3.2 优化方案

根据前文分析得出的故障原因，现对处置意见提出优化方案，即优化OATP程序，以保证试验中蓄压器压力与飞机真实条件一致。

优化方案采取的措施是：在RAT发电前，利用外电源启动机上电动泵，并对系统和蓄压器增压至p1，然后断外电源，断外电源后需在蓄压器保压时间内迅速利用地面液压马达启动RAT，最后进行电动泵自动功能的检查。优化方案保证了试验中蓄压器的压力与真实情况相近，并在机上得到了验证，使得备用泵抢电故障得以解决。

4 结论

该文主要针对某型飞机液压系统进行功能试验时，电源应急供电情况下发生的3#系统备用泵抢电启动故障进行了分析，得到的结论简单概括如下。

（1）电动泵控制逻辑正确合理，故障是由于功能试验程序存在问题所致。

（2）故障采取的工程处置措施存在人工操控逻辑的缺点，该文提出优化方案，使得试验程序与真实情况保持一致，并在机上得到验证，提高了功能试验验证的可靠性。

该文为民用飞机功能试验故障的排除提供了一定的思路，具有一定参考价值。

参考文献

[1] 《飞机设计手册》总编委会.飞机设计手册第12册[M]. 北京：航空工业出版社，2003.

[2] 中国民用航空局.CCAR 25，中国民用航空规章第25部：运输类飞机适航标准[S].2011.

[3] 孟庆堂，周昌明，董操.某型客机液压系统机上功能试验故障分析及排除[J].民用飞机设计c研究，2012（12）：159-165.

[4] 王海涛.飞机液压元件与系统[M].北京：国防工业出版社， 2012.

[5] 张利平.液压传动与控制[M].西安：西北工业大学出版社，2008.