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飞机线路故障问题及其对策 作者：谈勇
Aircraft Wiring Malfunctionand Its Solutions
线路故障在飞机电气系统故障中是较为常见的一种，其表现形式各有不同，有指示仪表的不稳定，操控机械的不工作，信号不正常等。军用机和民用机的机龄超过10年之后，深埋在结构之中的总长可达几百千米的电线开始产生裂纹和磨损。人们一度认为这种故障影响不大，长期被忽视，但这种故障可在一架普通的飞机中出现几百处之多，而且难检测，其所产生的电弧和电磁辐射可能是致命的。飞机电线老化或绝缘层磨损是产生故障主要原因。
由于飞机本身的结构限制，布线的空间和线路非常有限，大多数导线穿梭于各金属构架之间。当飞机在空中长时间飞行，长时间的频繁振动可使电线互相顶住、顶在连接点处或任何其他硬表面时会擦破绝缘层。飞机维修时电线可能会被工人的钳子弄出缺口，或使它们以超过容许的半径弯曲都会破坏电线绝缘层。绝缘层的损坏可使铜暴露，引起电弧、短路以及电磁辐射与干扰。
飞机导线的绝缘层通常厚0.5~2mm，由聚酰亚胺、聚氯乙烯、尼龙、聚酯或聚四氟乙烯等材料构成。飞机在航行中，由于高空和地面温差，机内导线周围会凝结很多湿气，长期在这种湿气中，绝缘层会变脆，产生小裂纹，从而使更多的湿气进入。湿电弧开始沿这些裂纹流过，但因所产生的断续的电弧太小，不能使普通的断路器跳闸，甚至不会对沿电线的信号传递产生干扰。普通的断路器是热敏双金属元件，只有在大电流通过电路时有足够长的时间使该元件加热时才跳闸。这种功率可能为额定电流的1000%，持续0.35到0.8秒。比较起来，单电弧故障可能只持续1.25毫秒，而一系列故障事件可能持续20～30毫秒。这些电弧故障持续时间太短，不能使断路器跳闸，但可使电线产生灾难性的局部故障，可在未触动断路器的情况下引发火灾。而且，小电弧会使绝缘炭化，而炭又是良导体，一旦积累足够的炭，就有可能产生大的爆炸性闪光，暴露的电线也会渗出熔化的金属。
Letromec公司的工程师们曾对一架退役的波音747、A300、L-1011和两架DC-9的电线进行过测试，这些飞机的机龄都超过20年。测试结果是：L-1011每1000m电线中有13个裂纹，而其中一架DC-9飞机的1000m电线中有1.6个裂纹。L-1011约有240km电线，裂纹总数超过3000个，每个裂纹都可能产生灾难性的电弧。美国运输安全委员会（NTSB）1996年对环球航空公司800次航班坠毁事故漫长的调查后断定，事故原因是电线短路火花造成其中心机翼油箱爆炸。
某些设计中的飞机，如美国空军使用的B-52是1961～1962年制造的，预计可一直飞到2045年。波音737飞机于1968年投入航线运营，传统型波音737分100/200/300/400/500型五种，目前均已停止生产。A320系列飞机于1988年获适航证并交付使用。我国内地正在运营的民航客机中，波音737- 300和A320系列占了很大的比例，部分飞机已渐渐进入老龄化。更新而不是更换老飞机已成为省钱的普遍做法。
总的来说，飞机内部导线会因为机龄，或对水、紫外线、温度、振动和过载的暴露，以及在正常使用和维修期间所受的应力等而老化。机龄超过20年的飞机肯定存在电线问题，其中许多问题是在例行维修期间发现的。更换电线系统也是非常花钱的事情，一架典型的飞机的电线更换费用为100万～500万美元。飞机电线的维修成本也相当高，据估计，美国海军每年在飞机电线系统排故和修理方面要花费180万人时。由此可见，降低飞机电线故障维修成本的关键在于选用快速多功能的测试仪表对电线故障进行分析定位，从而减少飞机故障停场时间。
常用的导线排故方法
目前电线排故在很大程度上仍然依靠手工，在过去40年里很少变化。所用的技术有目视检验、三用表测试、兆欧表绝缘测量、几种类型的反射测量和阻抗测试等，每种方法各有其优缺点。
1.目视检验法
该法仍是检查电线系统故障的常用方法。此法必须接近电缆，然后仔细检查绝缘层有无比针眼还小的孔洞和裂纹。然而擦破的绝缘层可能隐藏在线夹下或环绕在角落里，或隐藏在多条电线线束之中，每一电线束可能由75根或更多的电线组成，而且许多电线束被安装在飞机的壁中，难以检查。
2. 三用表测量电缆电阻及电压等方法
在一根完好的电缆中，根据电阻率原理，不同线径，不同材质的电线有着不同的单位长度电阻，通过此方法确定某些地方的接续不良，若测到的是低电阻意味着电缆是完好的，高电阻意味着有断裂，一般采用此方法可逐段排除断线故障。
电压的测量可以判定一些端口输出是否在正常范围。通过一些比较复杂的连接可以组成电桥并通过调节电桥的平衡（过桥电流为零）来确定一些短路故障点的位置。当一个很高的电压(500V以上)被置于邻近的同故障导线不连接的电线时，从一根电线到另一根电线（或机壳）的电流泄漏可指示绝缘的性能。由于高压本身可损坏绝缘层或所连元器件，因此我们建议选用电压自适应浮动的绝缘测试仪。
由于高压本身可损坏绝缘层，因此，非破坏性电阻测试采用28V电压或不到28V的电压。在一根完好的电缆中，根据欧姆定律，电阻在所有电流值下数值相同。如果电阻值不一样，则电缆就可能有问题。此法已用来确定冷钎焊产生的连接点、不良的卷曲、电缆或连接器的炭化以及电缆上或接近电缆处的外来物质。它还可应用于已加油的飞机上。
3.时域反射测量法（TDR）
此法通常在已怀疑电线有问题时采用。向电缆送一个短的、一般为矩形的脉冲，电缆的阻抗、端接和长度就使反射信号具有独特的时态特征。此方法能够非常清晰地显示电线的短路点、断电或终点，与手册上的电缆长度相比较即可判定电缆的故障点或终点位置
4.驻波反射测量法（SWR）
此法涉及对电线送一个正弦波形，一个反射正弦波形便从电线端处返回，两个信号相加在电线上形成驻波。此驻波的峰值和零位给出电缆长度和端接负载的信息，一根完好电线给出的波型跟具有开路或短路电线的波型明显不同。
解决电线故障的新方法
维修工人遇到的最大问题也许是时有时无的故障。这些所谓断续故障来源于振动、温度变化、潮湿、过载、电磁干扰等。
3M 公司在全球推出的一款手携式航空线路故障测试定位仪器900AST，该仪器能够快速准确分析、定位线路故障。900AST包含目前大部分电测量仪器最为常用的故障测试及定位功能，包括：交流、直流电压测试，负载测试，电容测试，短路故障定位，TDR，信号音发送等等，完全可替代三用表及兆欧表等仪器。使用三用表可能会损坏机载继电器等设备，而900AST仪器具备以上仪器不具备的带电压电阻测试，其本身的微电流和电压不会损坏机载设备。另外，900AST含有999MW绝缘测试，微电阻测试（可测试0.001欧姆微电阻，例如接触开关的老化、氧化造成的接触不良），并具有故障定位功能，可在液晶显示屏上显示出故障点距离测试点的距离，精确到米，不需要分段测试。其防爆、防碰撞、背光显示等设计完全符合飞机的维修作业环境。
900AST的使用能快速查找飞机电线的故障点从而大大缩短飞机的排故时间，节省维修成本。目前3M900AST作为推荐使用产品，已被波音列入AMM手册中，同时成为美国军方指定使用产品，不久也将列入空中客车公司的维修手册 | 
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发表于 2009-12-1 14:47:24
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