某型航空发动机电子控制系统地面维护设备研究及应用

郑四德 邓林 周浩锐/成都航利（集团）实业有限公司

1 研制背景

某型发动机为引进产品，其电子控制系统为全权限数字电子控制（FADEC）系统，主要组成部分包括电子控制器（EEC）和数据采集单元（DCU）。EEC 在工作时采集和产生大量发动机参数信息，但只向驾驶舱系统传输少部分参数。DCU 为发动机唯一身份标识，其中存储了发动机的多项重要参 数。

该型发动机日常使用维护中需要专用地面维护设备与EEC、DCU 建立通信连接，以此实现发动机参数调整、数据卸载与修改、监控与回放、故障判断等维护操作，能够应用于试车保障、外场排故、重要信息存储及发动机性能判断。由于引进受限，国内没有该型发动机电子控制系统的地面维护设备，亟需开展自主研制。

本文针对该型发动机电子控制系统电路原理、通信协议、控制规律等内容进行研究，设计了一套地面维护设备，应用于发动机地面维护。

2 设备研制

该型发动机地面维护设备包括数据处理系统（含军用笔记本电脑和上位机软件）、信号合成器、连接电缆、便携式工具箱等。地面维护设备组成框图如图1 所示。

2.1 硬件设计

信号合成器是系统信号处理电路的重要组成部分，将EEC、DCU 和上位机检测软件等系统部件连接在一起，主要实现以下功能。

1）通过USВ 与军用笔记本电脑连接，解析上位机发来的控制指令。由于该系列飞机配装多台该型发动机，信号合成器需接收并识别上位机对某台EEC或DCU 的控制指令。

2）将控制指令发送到EEC 或DCU，并接收EEC 或DCU 的反馈信号。转发上位机控制指令用以控制某台EEC或DCU，接收某台EEC 或DCU 信号用以数据解析或者故障判断。

3）多台EEC 监控时的数据转换。在飞机不断电、不更换电子连接器的情况下，可灵活监控每台发动机试车参数。

4）单独维护DCU 时，对DCU 进行供电。信号合成器电源模块可直接使用220V、50Hz 交流电作为主电源，后级电源将该交流主电源转换为+28V 直流电源（电流限1A），以供其DCU 工作使用。可满足在飞机不具备上电条件或者DCU 从发动机上拆卸后对DCU 进行维护。该模块还包括输入欠压提升、输入过压（浪涌）保护、防接反保护等功能。

图1 地面维护设备组成框图

连接电缆采用特别的接地和屏蔽措施，可有效防止外部干扰和对外的电磁辐射，电子连接器均采用军用标准。电气接头均具有明显标志，具有防差错设计。在接插件的选择上，选择抗振动、接触性能好的接插件。

便携式工具箱用于存放上位机电脑、信号合成器及相关电缆。

2.2 软件设计

该型发动机地面维护设备结合信号合成器完成对相关参数的测量、调试，同时对测试处理结果进行存储、写入、显示等功能，从而完成相应的检测工作。地面维护设备软件采用美国NI 公司LabVIEW 软件作为开发平台，具有良好的可扩展性。

软件分为三层结构，分别为数据接口层、逻辑处理层和展现层。数据接口层负责产品与软件系统之间的数据交互；逻辑处理层负责各功能模块的处理逻辑；展现层为用户使用界面，如图2所示。

地面维护设备数据处理系统由计算机和上位机软件共同组成。计算机根据实际需求配置便携式军用笔记本。主要实现如下功能。

1）实现DCU 数据查看、下载、存储和更改。该模块共计30 项参数，主要包括发动机修正和标识信息、发动机历史使用数据、发动机历史超限数据以及发动机主要部件疲劳计数寿命信息。

2）实现EEC 数据实时监控与存储。该模块共计50 项参数，主要包括关键故障、非关键故障、离散状态量以及发动机的转速、温度等重要参数信息。查看各种信息的操作简单、迅速、直观，提供信息的方式多样（数据、仪表、曲线、颜色、表格等），能充分地引起地面试车人员注意。

3）实现EEC 数据分析。该模块可记录EEC 监控界面的所有参数，必要时可对监控数据进行回看，为故障排除或者状态监控提供数据支撑。数据分析采用表格形式和图形化显示，可根据需求查看指定参数。

4）权限功能。该模块对软件使用人员设置不同权限，明确规定使用人员的操作权限。只有在授权许可的权限下才能使用该地面维护设备。

5）日志功能。日志功能记录数据被更改的时间、更改的人员、更改前的数据值以及更改后的数据值，日志记录详细全面，方便查询，便于操作，有迹可循，可以明确具体责任人，提高工作效率。

3 关键技术研究

该地面维护设备的关键技术是能够获取EEC、DCU 中的重要参数信息，并进行修改。

目前该型飞机的座舱系统、飞参系统均无法获取显示发动机超限故障字、ITT 超限累计时间、NG 超限累计时间、Q 超限累计时间等重要超限参数信息。当飞机报故但无法准确定位判断故障时，该类信息可以通过地面维护设备获取，并解析分析。例如，当获取超限状态字为“34”时，解析其二进制码第2/6 位为1（参照表1），可以判定该发动机为T5 温度超限进入C1 区，再依照相应流程进行处理。

图2 软件架构图

表1 超限表

当飞机座舱报DCU 关键故障时，依照发动机维护手册进行故障隔离操作第三步时（见图3），需要检查DCU 中的三项配平值，当出现与发动机标牌值不一致时还需要更改。通过地面维护设备即可直接读取该重要配平信息，并精确修改以确保其参数值的正确性，完成对故障的快速隔离。

4 设备外场应用

4.1 EEC 应用

一架发动机更换EEC 后进行地面试车，应用地面维护设备对该发动机试车数据进行实时监控，同时对监控数据进行保存。通过保存的试车数据可回放试车时特定状态的准确数据，可替代试车时的目视读数，便于试车记录单的准确填写。且该设备较飞参系统监控EEC获得的参数更加全面，数据更新率也高于飞参系统，可作为发动机数据录取以及故障判断的重要依据。

4.2 DCU 应用

一起飞机在飞行过程中发生T5 燃气涡轮温度变化异常并报超温告警。应用地面维护设备对该发DCU 进行存储信息读取，发现其存在超限故障，结合飞参数据分析判断，该故障是由T5 传感器部件异常导致的超限告警。对故障件T5 热电偶及电缆进行检查，热电偶性能合格，T5 电缆性能不合格且参数异常变化，破坏性分解检查发现其内部导线断裂，故障定位完成（见图4）。

图3 故障隔离图

T5 电缆导线断裂引起T5 温度跳变，进入超限区域，导致飞参超限告警，发动机其他参数均正常，属于虚警问题。更换T5 电缆导线，应用地面维护设备清除DCU 超限状态字，排除故障。

一架飞机在地面通电时驾驶舱间歇性报DCU 关键故障和DCU 修正数据失效非关键故障。检查电缆、连通性均正常，应用地面维护设备对DCU 进行通信测试，发现其通信存在间歇性中断故障，且读取DCU 内部数据后比对数据信息正常，判断该故障是由DCU自身通信故障导致飞机无法获取DCU 信息。

应用地面维护设备将故障DCU 和串用DCU 的信息存储备份，再将故障DCU 的数据写入串用DCU 中，安装通电后一切参数正常，飞机恢复正常 使用。

4.3 应用反馈

以上两个案例，或是通过地面维护设备从DCU 内部数据排查飞机故障源头以恢复DCU 正常使用，或是通过地面维护设备对DCU 进行通信测试，同时在更（串）换DCU 时用于数据存储备份以及写入恢复，证明该设备在发动机维护工作中发挥了应有的作用。并且，结合使用者反馈的建议，已对该设备进行了优化设计。目前已经正式交付两套设备，外场使用情况较好，获得了用户的认可。

图4 T5传感器故障图

5 结论

在国内没有该型发动机电子控制系统地面维护设备的情况下，通过电路分析、通信接口分析等多种方式，充分掌握了该型发动机电子控制系统原理，结合外场使用维护需求，自主研制了该型发动机电子控制系统的地面维护设备，经外场试用，成功排除了多起故障，有效保障了装备的完好性，不仅为装备外场维护能力提供了设备支撑，后续还可以适应性进行改进以满足修理单位地面检测、车台试车等多方面需求。