航空发动机点火装置故障分析

航空发动机点火装置故障分析

高一凡 ,邓世军

中航西飞  陕西省西安市  710089

【摘  要】针对航空发动机地面试验过程中因点火装置失效导致发动机起动失败的故障，通过分析点火装置工作原理，建立装置失效故障树，找出装置故障原因，为排故提供思路。

【关键词】航空发动机；喘振停车；故障分析

1　引  言

点火系统用于发动机在地面起动和空中起动时点燃燃烧室中油气混合气。每台发动机装两套主点火系统。每套点火系统由一件点火装置、一件点火电嘴和一套点火电缆组成。点火系统通常是在手动按下起动按钮后，通过发动机电子控制器（EEC）按照发动机起动程序以一定时序自动执行点火操作。

点火装置是航空发动机点火系统的重要附件，安装在发动机风扇机匣上，点火装置工作原理为当产品接通交流电源AC115V、400Hz时，滤波电路用于过滤掉交流电源中的直流分量，变压器将交流低压电变换为高压脉冲电，经过倍压整流电路整流后对储能电容器充电，当电容器的电压达到放电管的击穿电压后，放电管被击穿，储能电容器储存的电能通过放电管进行放电，经点火电缆传导给点火电嘴，点火电嘴发出一个电火花。如此重复循环，点火装置正常工作，产生一连串电火花，点火电嘴表面形成的电火花用于点燃发动机燃烧室内空气和燃油的混合气体。

2　故障现象

在一次发动机地面试车过程中，发动机起动失败。读取飞参记录数据，发现发动机起动过程开始时，发动机转速正常上升，燃油系统正常供油，但排气温度没有上升，可以判断发动机点火系统故障。经检查发动机点火系统线缆，发现发动机点火装置上游线缆电压正常，但点火装置没有正常产生电火花，因此失效。

本文将从点火装置工作原理和故障现象入手，分析本次导致发动机起动失败的点火装置失效原因。

3　问题定位

点火装置外观目测良好，摇晃无异响，通电115V/400Hz额定电压，输入电流0.4A，产品不发火，更换电缆电嘴和低压插头后产品仍不打火，确定产品故障。初步判断，故障原因在产品内部电路。将壳体拆解开后，目视检查产品内部，各部件外观正常，无明显烧毁或断线痕迹。

根据产品结构特点，产品滤波电路封装在滤波器壳体内，变换电路为变压器，用螺钉固定在低压侧，整流电路、放电电路用硅凝胶GN-521固定在高压侧。产品拆解后，检查各零件部件外观，无明显异常。用万用表测量测量变压器、滤波器、升压变压器、储能电容，器件静态性能均正常。而放电管和冷阴极管由于器件本身原因，无法用万用表测量其是否正常。根据以上初步分析，结合系统工作原理和结构，建立故障树。

图1  点火装置不发火故障树

根据故障树对产品故障原因进行逐一分析排查。

X1插座断线

使用数字万用表通断档位测量插座1插针两端和插针2两端，万用表发出蜂鸣声，证明插座的插针未发生断裂。继续测量插针1、2之间电阻，电阻值为4.5Ω（滤波电感阻值），说明插针1、2之间连接正常。可排除插座断线故障。

X2 电感电容故障

测量插针1、2之间电阻，电阻值为4.5Ω（滤波电感阻值），说明滤波电感与插座连接正常。用万用表通断档位测量插针1、插针2与穿心电容输出端，万用表发出蜂鸣声，证明穿心电容连接正常。电感电容连接均正常，排除滤波电路故障。

X3 冷阴极管故障

冷阴极管放置于放电管壳体中，壳体内部灌有GN-521硅凝胶，壳体上方盖有放电管盒盖，利用卡箍固定在装置的壳体上。冷阴极管在正常工作时，会有紫色光产生，可直接透过透明的玻璃壳体看到，短暂给点火装置通交流电AC115V、400Hz检查，发现两个冷阴极管，只有1个冷阴极管有紫色光产生，初步怀疑为另外一个冷阴极管损坏。故不能排除冷阴极管故障。

X4 倍压电容故障

去除倍压电容引线焊点处的套管，用数字万用表电容档测量电容值，电容值正常，电容外观无破损痕迹，故排除倍压电容故障。

X5 放电管故障

根据过往调试经验，若放电管故障，则输入电流应为正常值0.8左右，而故障点火装置的输入电流为0.4A，非放电管故障模式。初步排除放电管故障。

X6 储能电容故障

去除储能电容引线焊点处的套管，用数字万用表电容档测量电容值，电容值正常，电容外观无破损痕迹，故排除储能电容故障。

X7 出线管故障

用数字万用表测量高压出线管触点与点火装置壳体，显示电阻值为50.26kΩ，阻值为放电管的保护电阻阻值，证明高压出线管与放电管、保护电阻等连接正常，不存在断线断路。故排除出线管故障。

综上可知，点火装置故障原因初步定位为冷阴极管故障。为进一步确认故障点，将故障冷阴极管1从放电管壳体中取出，去除表面胶体后发现冷阴极管一端有轻微裂纹，重新更换新的冷阴极管后，产品能正常工作。

4　机理分析

失效件冷阴极管阴极与金属壳体结合部分有明显裂纹和空洞，结合部位的内部为空心，这使得正常电极接触面积减小，工作电流下降，两电极间无法产生高频电场，最终导致器件失效。而电极焊接不实使得金属壳产生晃动，导致冷阴极管阳极与玻璃壳体连接处晃动产生轻微裂纹。

如图2所示为倍压整流电路，其中V1或V2冷阴极管损坏后，无法得到二倍于输入电压的输出电压，因此储能电容器C5上无法达到放电管的击穿电压进行放电。产品无电火花产生，但产品整流电路一路可以正常储能，因此有较小的输入电流。

图2  整流电路和储能电路图

5　结论

点火装置故障原因为冷阴极管阴极焊接根部焊接缺陷，导致在经过出厂试验和短时装机振动后缺陷暴露，电极接触面积减小，工作电流下降，两电极间无法产生高频电场，最终导致器件失效。冷阴极管无法正常工作，产品储能电容器无法正常储存能量，达不到放电管的击穿电压，因此产品不发火。

针对此问题，应在冷阴极管日常前对两电极焊接部位进行镜检，后续可以考虑换用更稳定的耐高温硅堆，增加产品可靠性。高一凡18602939232陕西省西安市阎良区宝安紫韵小区（2本）

第1页