通用测试设备在机载设备维修中的应用

宋文瑰 焦梅素 周彦凯 贡志波

摘 要：随着三代战机装备陆续进入二翻期，配套机载设备内部电路板出现损伤的情况呈现上升趋势。本文旨在通过X射线分析仪和红外成像仪等通用测试设备检测损伤电路板内部缺陷及修复后效果，并完成某机载惯导损伤电路板修复。

关键词：通用设备;损伤修复;机载设备

中图分类号：V267文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）08-0062-03

Application of the General Test Equipment in Airborne

Equipment Maintenance

SONG Wengui JIAO Meisu ZHOU Yankai GONG Zhibo

（Shijiazhuang Haishan Industrial Development Corporation，Shijiazhuang Hebei 050208）

Abstract： As the third generation fighter aeroplane has entered the second renovation period， the damage of the internal circuit board of the supporting airborne equipment is on the rise. This paper aimed to detect the internal defects of the damaged circuit board and the effect after repair by using general equipment such as X-ray analyzer and infrared imager， and complete the repair of damaged circuit board of an airborne inertial navigation system.

Keywords： general equipment;damage repair;airborne equipment

在人类发展进程中，测量、测试一直扮演着重要角色，工业生产以及科学技术的开拓创新都离不开测量、测试技术的应用[1]。测试也是保证工程质量的有力武器，它决定了一个工程最终成败与否，可以说，测试技术已经成为一个国家科技水平的重要标志。随着科学技术的不断发展，各学科领域都对测试技术提出了越来越高的要求，任何一个新的学科理论和现代装备，如果没有先进的测试技术和仪器支持，其研究、设计和实现都是不可能的[2]。而通用测试仪器和设备的发展直接体现了测试技术的发展水平。通用测试设备水平的提升，对军用飞机修理检测提供了有效支持[3]。某军用飞机配套X型惯导部件在使用过程中突发掉电故障，通过分解检查，发现该惯导部件母线板、电源板严重烧蚀。现实条件下，X型惯导部件已陆续退出主战装备，修复X型损伤惯导所需专用器材大都停产，欲恢复装备，只能开展攻关修复。

1 故障基本情况

1.1 故障发生时机

该套X型惯导部件在外场通电约20 min时，设备舱冒烟，仪器显示“故障”灯亮，故障确定为惯导部件内部短路导致。技术人员现场用数字三用表测量地检插头的115 V/400 Hz和稳地之间的阻值逐渐变为无穷，与正常情况下直接为无穷的情况有差异，说明惯导部件绝缘性变差。测量电源插座X1的115 V输出绝缘正常。现场分解电子腔上下盖板，可见电子腔内母线板上XA9插座的17a与19a接触偶烧蚀，烧蚀最严重的接触偶为18a，并形成大量积碳（见图1和图2）。

1.2 故障排查情况

对损伤的X型惯导部件短路故障进行检查，列出了故障树（见图3），依据检查修复方案开展了绝缘检查、分解检查、修复验证等工作。以故障树为出发点，对各底事件逐一进行检查分析，相关底事件因素相继排除，基本确定为母線板虚焊所致。

1.3 故障机理分析

检查母线板其他电路板插座接触偶的焊接无明显松动和焊接不牢靠的情况，无法确定XA9插座上19c、21c、21b、32c接触偶焊点虚焊是原机状态还是此次产品受高温烧蚀过程的影响所致，但一定程度上反映了产品XA9插座的各接触偶焊接质量不高，产品报故即为虚焊导致。

产品在外场首次通电瞬间，A9板上K1继电器吸合（1和7常开触点闭合）18a与19a接触偶经汇流条导通，两组接触偶相当于一组。受18a或19a接触偶虚焊的影响，17a与18a（或19a）插孔接触偶与母线板印制板之间在飞机通电瞬间大电流的作用下，产生电弧，导致母线板出现碳化，绝缘性下降。随着通电时间的延长（外场通电时间大于20 min），碳化越来越严重，碳化处相当于在XA9插座的17a与18a（或19a）接触偶间串联了一个阻值逐渐变小的电阻（[Rx]）。引起短路故障的机理图如图4所示。随着[Rx]变小，回路中的电流逐渐增大，直至XA9插座的17a与19a底部彻底烧成积碳，[Rx]的阻值瞬间由十几欧姆变为0，此时回路电流可由1 A瞬间增加到20 A。当回路中2CK37E二极管烧穿后，控制仪器显示“故障”灯亮。现场以烧蚀部位为切入点，通过导通测试、拍摄X光图片、与正常件对比测试等方法，绘制母线板和A9入口滤波器、DC/DC（直流/直流）电源组件电路板损坏部位走线原理框图（见图5），拍摄X光图片（见图6）。经测试，图5中2CK37E二极管已击穿、继电器常开触点常闭，检测模块上的场效应管源极S端与漏极D端已导通，场效应管已被击穿。产品XA9插座的18a或19a接触偶虚焊也可能导致该问题的发生。

2 通用设备辅助条件下的损伤电路板修复

2.1 通用设备选择

此次产品修复的主体是电路板基材。为降低测试过程对电路板的二次损伤，选用的通用仪器应具备无损检测功能。在电子企业生产中，X光已广泛应用于电路板缺陷的检测。利用X光能有效检测出印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）的虚焊、粘连、铜箔脱落等缺陷。红外热成像技术是当前一种非常重要的设备故障诊断方法，是一种无损检测判断评估方法，在电路板故障诊断和排除过程中发挥着重要作用[4]。常用电路板故障的发生都会伴随着电子元件温度的变化，利用观测到的电路板、电子元件的温度变化，可以检测电路板故障。此次电路板损伤状态检查和修复，可以利用X光检测缺陷，利用红外线温度场的差异检测电路板修复后的效果，X光机和红外成像仪设备优先选用。

2.2 损伤电路板基本情况排查

刮除所有可见的烧蚀点，用酒精擦洗其他熏黑部位，重新焊接XA9插座底部的导线，首次重新焊接导线并清理积碳后，实物图如图7所示。按《X型惯导部件查线表》规定的接线关系，对比现场另一惯导部件，检查损伤电路板周围的接触偶接线，未发现明显异常，扩展逐个导通母线板接线关系，清查缺损接线，发现原本应导通的四路接触偶不导通。通过在相关接触偶间飞线，母线板接线关系均正常。

利用数字多用表，通过惯导部件地检插头测试各输出电压的对地阻值时发现，27 V电源对地电阻实测值为18 Ω，规定应大于300 Ω。可见，母线板XA9插座底部积碳清除不彻底，仍存在近似短路部位。分析产品原理，并查阅惯导部件供电关系后，在地检1插座的45号和52号针间加1.0～2.5 V电压。用红外成像仪对母线板拍摄红外图像，发现XA9插座编号32号插孔附近的锁紧螺钉外侧温度明显高于其他位置，其他位置为22 ℃左右，该位置随通电时间的延长已达到25 ℃。用5倍放大镜观察，可见加电后温度明显高的位置有黑色积碳，简单清除后，地检1插座的45号针与52号针之间的阻值已增至兆欧级。针对性检查XA9插座的32号接触偶附近，发现XA9插座底部仍有未清除的积碳，用刮刀、镊子、酒精等工具重新清理擦拭后，计电+15 V电压对地电阻变为上千欧，符合规定要求。

2.3 修复方案制定

测试损伤母线板功能正常后，尝试在不分解XA9插座的基础上，直接对损伤部位涂胶灌封，如灌封后相关阻值不符合要求，需要分解XA9插座后再对电路板损伤部位进行灌封。清除母线板上原XA9插座安裝位置的积碳和污物，更换某型计算机电源插座，并在缺损位置飞线（见图7），按导线标记焊接XA9插座背面导线，焊接完成后，用三用表按《X惯导部件查线表》导通各接线关系正常。首次测量产品绝缘异常，经排查测量发现，XZ3薄膜电缆25号针飞线处焊点偏大，在底盖板压紧时与底盖板触碰短接，重新焊接25号针的飞线，不绝缘故障排除。

确定母线板功能正常后，拟选择胶料灌封母线板缺损部位。经过综合比较和分析，选择在缺损部位灌封HG-11环氧灌封料。该胶料为混合配方环氧树脂类胶料，用于某系列惯导平台插座的灌封，硬度高、耐高温、绝缘性好。封固效果实物图如图8所示。

2.4 修复效果检查

基于通用测试设备对损伤部位的准确判定和修复后效果的有效检测，产品修复完成。产品修复后，在进行常规试验基础上，补充进行高低温、综合冷热天、机载等试验，确定惯导部件修复可靠，验证试验充分，将产品装机使用后，性能和功能均满足要求，攻关修复成功。

3 结语

航空修理作为航空产业链末端环节，对老旧装备的攻关修复是企业生存和发展的基础，更是航空修理企业长期存在的意义所在。近年来，随着通用设备制造技术的提升，其在航空机载设备产品故障诊断过程中发挥着越来越显著的作用[5]。本文选取了航空修理工厂实际修理过程中所遇损伤电路板修复案例，利用X射线分析仪设备、红外成像仪等通用设备开展诊断分析，最终成功修复了损伤部位，实现了X型惯导部件的完好交付，经部队验证，效果良好。

参考文献：

[1]韩峰.测试技术基础[M].北京：机械工业出版社，1998：25.

[2]樊尚春.航空测试系统[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005：36.

[3]殷强，王振华.通用设备检测维护及维修[M].北京：机械工业出版社，2015：48.

[4]李宏棋.红外热成像技术应用研究[J].科教导刊，2017（28）：49-50.

[5]郑东良.航空维修理论[M].北京：国防工业出版社，2007：78.