波音787飞机ASG在APU上的应用

周飞

摘要：南方航空波音787飞机选用的APS5000型APU将起动机与发电机合为一体，命名为ASG，该设计减少了APU的部件，优化了APU的整体布局，降低了APU的成本和重量，减少了APU所占空间，提高了APU系统的可靠性和效率。本文对此进行简要说明和分析。

关键词：辅助起动发电机；辅助动力装置；起动机；发电机；EICAS状态信息

Keywords：ASG；APU；starter；generator；EICAS status message

1 ASG在APU上应用的优点

南方航空的波音787飞机选用的是汉密尔顿公司制造的APS5000型辅助动力装置（APU），与其他类型的APU相比有个明显的变化，就是其将起动机与发电机合为一体，命名为辅助起动发电机（ASG），一方面减少了APU的部件，使APU在整体布局上得到了优化，降低了成本和重量，减少了设备空间，提高了系统的可靠性，而且齿轮箱上的LRU部件几乎都安装在同一侧，方便了后期维护，起动机和发电机共用一个驱动轴，减少了齿轮箱上的输入/输出端口，内部齿轮机构数量也同样减少，无论在齿轮润滑方面还是在传动效率方面都得到很大的提高。另外，ASG发电模式也以变频系统取代了传统的恒频系统，这种变频的电源系统在空客A380上也得到了应用。电源经过变频、整流、变压分配后形成飞机的4种电源模式，即传统的115V交流、28V直流以及新的230V交流、270V直流，其中，230V交流和270V直流电源主要用于以往由气源系统驱动的系统部件。同样的设计也应用在了波音787飞机的发动机GEnx上，不过其名称为VFSG（variable frequency starter generators），这也是787飞机与其他传统飞机明显的区别。

每台APU有两部ASG，在APU启动阶段，ASG作为起动机带动齿轮箱转动，使APU进入启动程序；当APU达到normal转速时，ASG作为发电机为飞机网络提供225KVA、235VAC、360～440Hz的交流电。

2 ASG起动机工作原理

ASG作为起动机，每次只有一台工作。有3个CMSC（common motor start controller）可以启动APU，分别为R2 CAC、R2 EMP和L1 CAC。而APU电瓶、外部电源、VFSG电源都可以向ASG起动机提供电源。使用APU电瓶时，只有R2 EMP CMSC和右ASG启动APU；使用外部电源时，左右ASG作为起动机依据日历日交替使用，如图1中标号1、2、3线路所示。APU启动开始时，APUC（auxiliary power unit controller）发出信号至BPCU（bus power control unit），BPCU配置可用的CMSC向ASG供电。ASG起动机工作，通过内部齿轮带动齿轮箱运转，齿轮箱带动发动机轴转动，APU进入启动程序，点火、供油，当APU达到50%转速时，APUC向BPCU发出信号使ASG起动机断电，ASG起动机功能脱离，如图2所示。

3 ASG发电机工作原理

当APU启动后达到50%转速时，ASG起动机功能脱离。此时APU继续加速启动，发动机轴带动齿轮箱转动，齿轮箱通过齿轮继续带动ASG转动。当APU转速达到normal转速时，两台ASG都作为发电机来提供电源。ASG发电机是一个油冷、三项交流无刷电机，ASG有一个交流励磁发电机、一个主发电机和一个PMG（permanent magnetic generator），PMG有一个永磁转子和一个定子。ASG在转动时，PMG转子在定子中感应出交流电压，并将此电压输出给AGCU（APU generator control unit）。AGCU整流PMG交流电压为直流电压，利用直流电压通过励磁绕组励磁APU发电机，通过控制励磁功率来控制发电机的输出功率，最终使ASG发电机输出为225KVA、235VAC、360～440Hz的三项交流电，如图3所示。

4 ASG日常维护中的处理方法

日常维护中，如果飞机出现相应的EICAS信息，可以进行快速故障处理，识别出真假信息，如果信息可以消除，则正常放行；如果信息还在，且过站时间不足，可以参照相应的MEL保留程序保留放行，具体保留章节号以及采取的措施有所不同；保留的故障可以等待过夜时间充足时参照相应的FIM程序排故。以下为4个典型案例。

4.1 EICAS出現状态信息ELEC APU STARTER L

这是APU启动抑制、3次APU启动失败后出现的信息。应至少等待30min使CMSC冷却后再进行地面测试24 Common Motor Starter Controllers，SYSTEM TEST，Left 1 CAC Motor Start Controller APU Start。如果故障消失，则正常放行；如果信息还在，应参照MEL 24-22-02-03进行左ASG起动机失效保留，但要求APU电瓶工作正常、APU SPU工作正常、右ASG发电机工作正常、右ASG起动机工作正常。

4.2 EICAS出现状态信息ELEC APU STARTER R

如果同时出现ELEC APU START PWR UNIT和ELEC APU BATTERY状态信息，可能是空中启动APU所致（应在启动2min后再放起落架或落地后启动）。应循环重置跳开关 CT2431805（SPU HOLD ON CONTROL）。如果没有别的信息，APU启动抑制，3次APU启动失败后出现的信息，需要至少等待30min让CMSC冷却。并进行地面测试24 Common Motor Starter Controllers， SYSTEM TEST， Right 2 CAC Motor Start Controller APU Start和 24 Common Motor Starter Controllers， SYSTEM TEST， Right 2 EMP Motor Start Controller APU Start。故障消除则正常放行，如果故障还存在，则参照MEL 24-22-02-05进行右ASG起动机失效保留，但要求左AGCU工作正常、左ASG发电机工作正常、左ASG起动机工作正常。

4.3 EICAS出现状态信息ELEC GEN SYS APU L

出现此状态信息，需要通过CMCF Existing Faults查看相应的维护信息，涉及的维护信息代码有24-18435、24-18445、24-18455、24-18465、24-18475、24-18485、24-18505，通过ESIC重置相应跳开关。故障消失，则正常放行，如果故障还存在，则参照MEL 24-22-02-02进行左ASG发电机失效保留，但要求APU电瓶工作正常、APU SPU工作正常、右ASG发电机工作正常、右ASG起动机工作正常、VFSG系统工作正常，飞行中必须保证180min内有合适的备降机场；完成M项左ASG起动机解除工作；通知机组执行O项程序。

4.4 EICAS出现状态信息ELEC GEN SYS APU R

出现此状态信息时，需要通过CMCF Existing Faults查看相应的维护信息，涉及的维护信息代码有24-18436、24-18446、24-18456、24-18466、24-18476、24-18486、24-18506，通过ESIC重置相应跳开關。故障消失，则正常放行，如果故障还存在，则参照MEL 24-22-02-04进行右ASG发电机失效保留，但要求左AGCU工作正常、左ASG发电机工作正常、左ASG起动机工作正常、VFSG系统工作正常，飞行中必须保证180min内有合适的备降机场；完成M项右ASG起动机解除工作；通知机组执行O项程序。

以往的排故经验中，出现EICAS状态信息ELEC APU STARTER L/R后，通过快速故障处理无法消除故障的，后续通过更换L/R ASG可以排除故障；出现EICAS状态信息ELEC GEN SYS APU L/R后，需要查询相应的故障信息，找出相应的FIM程序，按照相应的步骤来确定故障源，通过排故历史查询，更换GAPCU和ASG的频率高一些，其他涉及的线路、插头等故障的几率小一些。

随着国内越来越多的航空公司选择波音787飞机，该型飞机有很多方面与传统飞机不一样，要求在日常维护中改变思维。就ASG系统来说，一方面应充分了解其工作原理，另一方面要掌握其在维护中的特征，面对故障时方能游刃有余。