【《故障树分析法在波音737NG故障诊断的应用案例》8300字】

故障树分析法在波音737NG故障诊断的应用案例1.1概述本章的目的是通过在评估波音737NG飞机的安全性时专门应用故障树来演示应用此方法的可能性。电源和APU系统是现代飞机的重要组成部分，可确保飞机的安全运行。根据适航标准，有必要在适航的早期阶段进行安全分析，并将系统故障的可能性控制在可接受的安全级别内。本文介绍了电源系统的“ELEC灯点亮”和APU系统“自动停车”这两种故障现象，并使用故障树分析方法来分析高级别事件的可能性，并确保符合安全要求以评估功能危害。1.2故障树分析法在737NG电源系统故障诊断的应用1.2.1737NG电源系统功能介绍737NG交流电源系统如图3-1主要由四个交流电源供电，分别是左、右发动机驱动的IDG、一个APU起动发电机、外电源。除了上述交流电源另外还有一个备用交流电源。飞机的直流电源包括三个变压整流器组件将115V交流电变为28V的直流电、以及来自于电瓶、电瓶充电器的直流电源。图3-1737NG电源系统概要图电源系统自身具备供电。分配等作用，系统有自动和人工控制两种方式；电源控制组件控制和保护地面电源以及整个电网的供电构型、保护飞机电网以防电源超过限制；备用电源控制组件控制直流和备用电源的分配；断路器受控于GCU信号，闭合时可允许电源供给汇流条。电瓶,电表和厨房电源组件（P5-13），电瓶电门接通后使得电瓶电源连接到备用汇流条上。控制IFE系统(In-flightEntertainment)及旅客座椅电源。整个面板也有BITE功能，监控和提供直流和备用电源系统故障指示。图3-2737NG交流电源系统概要图交流电源系统737交流电源系统是三相、四线制系统，正常使用电压115／200V，400Hz。由图3-2可以看出，系统有四个电源来源分别是整体驱动发电机1（IDG1）、整体驱动发电机2（IDG2）、APU起动发电机(Starter-Generator，SG)及地面外接电源（ExternalPower）。整个电源系统控制由在驾驶舱中的电源控制面板上的开关来控制，整个电源系统的控制逻辑是完全由控制面板的人工选择来控制，最后人工选择的构型即是当前飞机的供电构型。每个交流转换汇流条在获得电源后将电源分配给下游其他交流用户（如主汇流条、TRU变压整流组件、厨房、地面勤务汇流条等）：1）两个地面勤务汇流条由继电器控制电源的选择，当同侧的交流转换汇流条有电、或者在有外接电源连接飞机时将前服务员面板的地面勤务电门置于ON位，地面交流勤务汇流条激励。2）差动保护电流传感器（DifferentialProtectionCurrentTransformer，DPCT）给相应电源的控制组件提供电流信息，电源控制组件（如GCU、AGCU、BPCU）使用该电流数据用于对系统调节、保护和指示，如果电流不在限制内，控制组件将打开相应的断路器。3）主汇流条和厨房汇流条通过卸载继电器从交流转换汇流条得电。如果厨房电源超过限制，BPCU也会打开厨房卸载继电器使得交流转换汇流条停止向厨房供电。5）1号交流转换汇流条在正常情况时还给交流备用汇流条供电。6）如果没有正常的交流电供应时，静变流机将直流系统得到电源（电瓶或电瓶充电机）转换为115V、400Hz的单相交流电供给交流备用汇流条。直流电源系统直流系统包含3个变压整流组件（TRU）、电瓶充电机和电瓶。对于正常运行中的飞机，直流电源的来源由TRU将三相115V的交流电转换为28V的直流电供应。备用电源控制组件SPCU提供直流分配系统主要的继电器的人工和自动控制，同时监控交流和直流汇流条电源以控制继电器进行主要电源和备用电源的选择。电瓶充电机供电在两种模式：电瓶充电模式中，每个电瓶充电器提供恒定电流、可变电压的电源给电瓶完全充电。由电瓶充电器内部逻辑电路计算超充量，总的充电时间少于75分钟。变压整流（TR）模式（电瓶被充满）下，主电瓶充电机给热电瓶汇流条和转换热电瓶汇流条提供恒压的直流电源，主电瓶也会由主电瓶充电机充电以保持电瓶电量最大。辅助电瓶充电机始终不直接给直流汇流条供电，但当辅助电瓶充电机在TR模式下时辅助电瓶依然接受较小的充电。这种模式下，每个充电机可提供最大65安培的电源。图3-3直流电源系统概要图备用电源系统在正常情况下，备用系统汇流条从相应的交直流汇流条得电。在紧急情况下，备用电源为飞机提供电源。同时在地面，没有交流电的情况下，可以暂时使用一段时间电瓶的电。SPCU提供电瓶和备用汇流条的自动和人工控制。SPCU监控备用电源系统是否存在故障。SPCU将故障信息提供给P5-13板，并点亮ELEC灯。当正常电源无法供电时，电瓶向交流和直流系统提供至少30分钟的用电。1.2.2故障现象2020年6月，国内某航空公司737NG在厦门落地后，航后维护人员上机检查ELEC灯点亮，由于检查时段为航后，因此要在基地完成故障排除。1.2.3故障树建立本文采用故障树的定性分析方法研究ELEC灯点亮的案例。故障树分析法是遵循树形模型，通过对故障表征的观察，对故障表征进行分析、诊断，确保所有的事件无法在继续分解；再一步步分析归整为顶事件、中间事件、底事件，再一步步对底事件进行抽丝剥茧，获取导致顶事件的具体原因，进而挖掘出深埋底部的底事件，隔离故障。图3-4备用电源系统概要图A8A7M13M12M11M10M9M8M5M4M3M1M2M7M6A6A5A4A3A2A1A8A7M13M12M11M10M9M8M5M4M3M1M2M7M6A6A5A4A3A2A1图3-5“ELEC灯点亮”故障树以“ELEC灯点亮”为顶事件A1，建立故障树，如图3-5所示故障树的最小割集是一个或多个底事件的集合，展示了所有的故障原因的可能性，因此最小割集方便维护人员找到故障发生的具体原因。表3-1和表3-2分别列出了逻辑门节点和底事件名录。上述故障树结构函数为：A1=A2+A3+A4其中，A2=A5+A6，A5=M1+M2+M3,A6=M4+M5其中，A3=M6+M7其中，A4=A7+A8,A7=M8+M9+M10,A8=M11+M12+M13由此可得，最小割集为A1=（M1+M2+……+M13）1.2.4故障树分析根据故障树分析方法，把故障现象即“ELEC灯点亮”作为故障树的顶事件，层层向下分析，直至原因不能继续分解为止，确定所有的中间事件和底事件，据此绘制出“ELEC灯点亮”故障树分析图（见图3-5），以及逻辑门节点事件表（见表3-1）、底事件表（见表3-2）。表3-1逻辑门节点事件表编号逻辑门节点含义A2直流系统问题A3控制面板问题A4备用系统问题A5电瓶问题A6电瓶充电机问题A7静变流机输出低压超过两秒A8SPCU故障故障树分析过程分解出7个中间事件，13个底事件、分解的底事件只要任一个发生，均触发顶事件的产生。因此找出要触发顶事件产生的原因，仅仅需逐个分析底事件是否会激励。基于梳理出来的13个底事件，对各个底事件进行逐一分析。表3-2底事件表编号底事件含义M1电瓶超温M2电解液渗漏M3电瓶线路问题M4充电机线路问题M5电瓶充电机故障M6件号错误M7控制面板线路问题M8静变流机内部故障M9跳开关跳开M10静变流机RCCB和相关线路故障M11继电器故障M12供电电源故障M13SPCU和相关线路故障1）电瓶超温737电瓶充电是由飞机电瓶充电机，先恒压后恒流（涓流）充电。确保737主电瓶和辅助电瓶保持在可用电压范围之内。充电会引起电池内部温度的增减。正常情况下，电瓶工作温度为-40--70°C，超过70°C属于超温，通过红外线测温仪，进行测量，航后关车十分钟后，电瓶温度为40°C。因此该底事件属于正常现象，排除该原因。2）电解液渗漏当电瓶电解液液面高度超出标准,单元格电池堵盖的紧度不满足要求,通气孔不畅通,会造成氧化物，电解液溢出，造成电瓶内部电解液容量下降，无法充电。经过检查电瓶外观，无电解液渗漏痕迹，因此排除该原因。电瓶线路问题检查电瓶插头检查插针是否存在烧蚀、裂纹、凹坑、刮痕等现象II、检查电瓶和电瓶充电机之间线路连通性如图3-6，是否存在短路、开路现象经过检查和测量，排除该原因图3-6电瓶充电线路问题电瓶充电机线路问题图3-7电瓶充电机线路问题如图3-7，检查D42，10号针、4号针、7号针与分别与2号针之间电压，如果没检查到115VAC，然后测量D42和D11738之间的连通性，D11738的16号针与D42的10号针，D11738的17号针和D42的7号针，D11738的18号针与D42的4号针，如果有开路或者短路问题，更换电瓶充电机。经检查，排除该原因。电瓶充电机故障电瓶充电机内部逻辑卡出现故障，导致电瓶充电机故障，机身会发热，通过触摸充电机外壳来检查电瓶充电机是否故障。经检查，排除该原因。件号错误在更换电瓶充电机的过程中，由于维护人员的失误，领出的电瓶充电机件号有误，导致无法适配整个系统工作，导致出现故障灯，经检查，排除该原因。控制面板线路问题目视检查有没有电子元件烧黑、碎裂，控制面板有无受腐蚀引起的断线、漏电，电容有没有漏液，顶部有没有鼓包，经检查排除该原因。静变流机内部故障图3-8电表、电瓶和厨房面板如图3-8和图3-9所示，设置P5-13板的电瓶电门在ON位，设置P5-5板备用电源电门在AUTO位。如图3-10所示，测量静变流机正负极之间电压，确保28VDC存在。如不存在，则为静变流机RCCB和线路问题设置P5-5板备用电源电门在OFF位。测量静变流机D46的1号针和3号针之间的电压是否为115VAC，如果不存在则为静变流机内部故障，更换静变流机。如果存在则为SPCU和线路问题。经测量，静变流机正负极之间电压为28VDC，D46的1号针和3号针之间的电压为115VAC，非静变流机故障，排除该原因。图3-9发电机驱动和备用电源面板图3-10备用电源线路图跳开关跳开图3-11静变流机线路图如图3-11所示，由于瞬时故障，导致SPCU前面板跳开关C1343INVERTERREMOTE，由于电流瞬时过大，导致跳开关跳开，经检查，排除该原因。10）静变流机RCCB以及相关线路故障图3-12静变流机RCCB线路图如图3-12所示，检查静变流机RCCB的1号针和地之间的电压，是否存在28VDC，如果不存在，则要修复静变流机RCCB和热电瓶汇流条之间的线路，假设存在，检查静变流机RCCB的3号针和地之间的连通性，假如连通，则为静变流机本体故障，假设不连通，检查D11714A的10号针和静变流机RCCB的3号针之间的连通性，假如不连通，则要修复静变流机RCCB和SPCU之间的线路，假如连通则更换SPCU。11）继电器故障SPCU内部继电器会因为触点粘合并锁定，导致故障信息出现，可通过断电充分冷却后再上电检查是否是继电器故障，经检查，排除该原因。12）供电电源故障图3-13SPCU（备用电源组件）内部线路图如图3-13，检查SPCU供电电源，1号直流汇流条是否有电，检查D11712B的A7和地之间是否存在28VDC，如果不存在，说明SPCU供电电源故障。经检查，1号直流汇流条有电，排除该原因。13）SPCU以及相关线路故障移除电源，脱开SPCU，断开P5-13板的插头D10596，断开静变流机的插头M46，然后如图3-14所示，目视检查D11712A的1号针和D46的1号针之间，D11714B的26号针和D10596的38号针之间，D11714A的14号针和D10596的30号针之间，D46的3号针和地之间，的线路是否有绝缘层破损等现象，假如有，修复导线，假如没有则为SPCU故障，更换SPCU。经检查，线路外观正常，更换SPCU之后，ELEC灯熄灭，故障关闭。图3-14备用电源内部线路图1.3故障树分析法737NGAPU系统故障诊断的应用1.1.1737NGAPU系统功能介绍图3-15APU结构图737NG的GTCP131-9B辅助动力装置，安装在飞机机身的尾部，为飞机和发动机提供气源和电源。APU主要在地面提供气源和电源，在空中提供备用气源和电源，现在的双发动机的飞机要求APU在一定的飞行高度也可以提供正常的气源和电源。在地面发动机未起动时，APU提供的气源和电源可以保证座舱内的地面负载，以提供一个舒适的客舱环境。APU主要由功率部分、引气部分、附件齿轮箱部分三个部分组成。如图3-15所示。APU的燃油系统的主要作用就是提供增压和计量的燃油给燃烧室。点火及起动系统主要是控制APU的起动和加速，在起动状态，起动－发电机作为起动机来使用，起动电源组件和起动转换组件提供起动时所需的电源。APU引气系统提供增压的空气给飞机的气源系统，进口导向叶片控制进入负载压气机的流量，防喘控制活门将多余的空气排放到尾喷管中，引气活门将飞机气源系统和APU空气系统隔离开。APU排气系统通过消音器和排气尾锥把气排出机外。润滑系统润滑和冷却APU的轴承、齿轮箱和起动发电机，一个引射器通过外界空气来对APU系统滑油进行降温，它也利用外界的大气来冷却APU舱。APU的正常打开时候，进气门会反馈一个信号给ECU。低压灯点亮，ECU激励燃油电磁活门，供油到燃烧室，低压灯熄灭。ECU断开点火激励器。ECU从SCU移除起动信号，SCU移除从SPU过来的起动电源。断开起动发电机。在转速95%时，ECU输出准备加载信号给飞机其他系统。这个信号可以使飞机其他系统准备获取APU提供的气源和电源。APU起动完之后，APU可以根据机组人员或者维护人员的需求，提供气源或者电源给飞机相关的负载使用。APU的正常关断是把APU电门放到“OFF”位，ECU就会收到一个28V关车的信号来取代原来28V的打开信号。APU关断会触发一个APU的冷却循环，冷却循环的时间是60秒，当APU电门放到“OFF”位时开始计时工作。ECU会关断相应的负载信号，引气活门，进口导向叶片到15度，打开防喘控制活门，关断发电机，起动60秒计时器。同时在关断过程中，如图3-16所示，转速30%时，APU燃油和进气系统开始关闭，转速7%时，APU可以重新起动。1.1.2故障现象2019年3月，国内某航空公司737NG在厦门落地后，过站期间机组起动APU，十分钟APU自动关车，维护人员上机检查，由于检查时段为航后，因此要在基地完成故障排除。图3-16APU起动顺序1.1.3故障树建立本文采用故障树的定性分析思路研究“APU自动关车”的故障。故障树分析法是遵循树形模型，通过对故障表征的观察，对故障表征进行分析、诊断，确保所有的事件无法在继续分解；再一步步分析归整为顶事件、中间事件、底事件，再一步步对底事件进行抽丝剥茧，获取导致顶事件的具体原因，进而挖掘出深埋底部的底事件，隔离故障。以“APU自动关车”为顶事件A1，建立故障树，如图3-17所示故障树的最小割集是一个或多个底事件的集合，展示了所有的故障原因的可能性，因此最小割集方便维护人员找到故障发生的具体原因。上述故障树结构函数为：A1=A2+A3+A4+A5其中，A2=A6+M1+M2,A6=M3+A7,A7=M4+M5其中，A3=M6+A8+M7,A8=M8+M9其中，A4=A9+A10+A11,A9=M10+M11+M12,A10=M13+M14,A11=M15+M16+M17其中，A5=M18+A12,A12=M19+M20由此可得，最小割集为A1=（M1+M2+……+M20）M20M19A12M18M12M11M13M14M15M16M17M10A11A10A9M9M8M7A8M6M5M4M3A7M2M1A62A52A4M20M19A12M18M12M11M13M14M15M16M17M10A11A10A9M9M8M7A8M6M5M4M3A7M2M1A62A52A42A32A22A1图3-17“APU自动关车”故障表3-3逻辑门节点事件表编号逻辑门节点含义A2滑油压力低A3超温A4不加速A5不点火A6滑油量不足A7滑油泄漏A8机械故障A9供电故障A10APU燃油系统故障A11APU起动系统故障A12APU点火问题1.1.4故障树分析故障树分析过程共识别出12个中间事件，20个底事件，分解的底事件只要任一个发生，均触发顶事件的产生。因此找出要触发顶事件产生的原因，仅仅需逐个分析底事件是否会激励。基于梳理出来的20个底事件，对各个底事件进行逐一分析。1）加滑油错误确保加注的滑油件号为MOBILJETOILII，正常的APU滑油箱的滑油加注量为5.7夸脱。观察滑油量指示窗，如果加注的滑油错误或者滑油量不足，会导致滑油压力低，进而造成APU自动关车。2）引射器破损引射器破损会造成滑油渗漏，那查找渗漏点就变得非常重要。渗漏包含两种，一种是壳体裂纹，结合面渗漏，另外一种是管接头损伤，封圈损坏，正常来说，封圈由于油液侵蚀，外界温度变化，自然老化，会使封圈的效率降低，造成漏油现象。滑油泄漏，会造成滑油压力低，进而使APU自动关车。通过目视检查引射器壳体，管接头并未发现漏油现象。表3-4底事件表编号底事件含义M1加滑油错误M2引射器破损M3滑油冷却器破损M4低滑油压力电门故障M5磁堵检查M6热电偶故障M7IGV作动器连杆故障M8APU进气道堵塞M9线路问题M10电源系统故障M11SCU故障M12SPU故障M13燃油控制组件M14燃油喷嘴M15起动机故障M16进口压力传感器M17进口温度传感器M18线路问题M19点火激励器M20点火电嘴3）滑油冷却器破损滑油冷却器破损也会造成渗漏。渗漏点往往是出现在滑油冷却器的底部，还有接头处，渗漏原因和引射器相似，通过目视检查滑油冷却器壳体，管接头并未发现漏油现象。4）低滑油压力电门故障图3-18APUECU和低滑油压力关系线路图如图3-18所示，脱开APU上的电插头，D14，YAAT008，观察插头内部和外部，看下插头外部是否完好，是否安装正确，检查插头内部的插针是否有烧蚀、氧化、磨损、断裂、松动。如果插头没有问题，测量低滑油电门D14的Pin1和Pin2之间电阻，如果电阻低于10欧，电门正常，如果大于10欧，则低滑油电门故障，需要更换。经测量，低滑油电门Pin1和Pin2之间电阻为1.2欧。5）磁堵检查移除APU滑油系统的磁性材料收集器（简称磁堵），拆下滤网，收集屑末并清洁。将有磁性和无磁性的屑末分开。分辨和测量屑末的形状、尺寸、数量、金属性质和颜色，如超过相应标准，则说明滑油泵有受损，造成滑油低压，从而是APU自动关车。经检查，分离出来的屑末并未超标。6）热电偶故障如图3-19所示，热电偶故障或者测量不准确，会导致APUEGT（APU排气温度）异常导致APU自动关车。先检查热电偶的接线柱，是否有污染、损伤、弯曲、烧蚀等情况，要是没有，测量热电偶接线柱（铬镍和铝镍）之间的电阻，确保不超过20欧，以及接线组（铬镍和铝镍）的对地电阻，超过100K欧。要是没有，更换热电偶。经过检查和测量，热电偶的状态正常。7）IGV作动器连杆故障进行IGV作动器操作测试，人工推动作动器，确保进口导向叶片移动顺滑，使用手电观察进口导向叶片通过压气机进气口接近门。经测试，IGV作动器连杆工作正常，均符合各项指标。图3-19APU热电偶线路图8）APU进气道堵塞使用手电检查APU进气道是否堵塞，如果发现外来物堵塞APU进气道，则清除，经过检查，并未发现有任何外来物。9）线路问题检查BPCU（汇流条电源控制组件）和ECU（电子控制组件）的连通性。如图3-20所示，脱开BPCU上的插头D10898B，以及ECU上的插头D3599。观察插头内部和外部，看下插头外部是否完好，是否安装正确，检查插头内部的插针是否有烧蚀、氧化、磨损、断裂、松动。如果插头没有问题，测量D3599B的Pin11的对地电阻，确保电阻超过100K欧，然后在D10898B和地之间安装跳线，再次测量D3599B的Pin11的对地电阻，确保电阻小于10欧。经过检查和测量，检查BPCU（汇流条电源控制组件）和ECU（电子控制组件）的连通性是正常的。图3-20APUECU内部线路图10)电源系统故障提供外电源，进行交流和直流电源的操作测试，确保交直流系统工作正常。经测试，电源系统正常，并无故障代码。11）SCU故障如图3-21所示，脱开E2-2架上的插头D1114C，以及ECU上的插头D3599B和D3599A。观察插头内部和外部，看下插头外部是否完好，是否安装正确，检查插头内部的插针是否有烧蚀、氧化、磨损、断裂、松动。如果插头没有问题，检查D1114C的Pin61和D3599B的D01、D1114C的Pin62和D3599B的D03、D1114C的Pin64和D3599B的D03、D1114C的Pin64和D3599A的C13各自之间的连通性。假如线路问题，则更换导线。经检查，插头和线路均无问题。图3-21APUSCU和APUECU之间的线路图12）SPU故障图3-22SPU内部线路图如图3-22所示，脱开SPU上的插头D11478A，以及SCU上的插头D1114C。观察插头内部和外部，看下插头外部是否完好，是否安装正确，检查插头内部的插针是否有烧蚀、氧化、磨损、断裂、松动。如果插头没有问题，检查D11478A的Pin16和D1114C的57、D11478A的Pin17和D1114C的44各自之间的连通性。假如线路问题，则更换导线。经检查，插头和线路均无问题。13）燃油控制组件故障图3-23APU燃油控制组件线路图首先燃油控制组件外观，是否有损伤，漏油现象。如果没有，检查燃油控制组件上的电插头P22，观察插头内部和外部，看下插头外部是否完好，是否安装正确，检查插头内部的插针是否有烧蚀、氧化、磨损、断裂、松动。如果插头没有问题，如图3-23所示，测量P22电插头Pin8和Pin9之间的电阻，如果超过80欧，就要更换燃油控制组件，经测量，P22电插头Pin8和Pin9之间的电阻为4欧姆，满足要求。14）燃油喷嘴检查燃油喷嘴外观，是否有破损，渗漏，经检查燃油喷嘴功能正常。15）起动机故障首先检查起动机外观，是否有破损，滑油泄漏，导线束损伤等情况，如果没有检查滑油滤旁通电门指示器是否有弹出。经检查，起动机无异常现象，燃油滤旁通指示电门指示器无弹出。16）进口压力传感器故障图3-24进口压力传感器线路图检查进口压