使用红外测温仪检测飞机系统故障的方法

一、红外辐射测温仪的原理和应用简介

 

　　从理论上讲，自然界中任何物体温度高于绝对零度0 K（-273.16℃），都会在不停地向周围空间发出红外辐射能量。该物体红外辐射能量的大小，主要取决于其表面温度的高低，因此，通过检测某物体辐射的红外能量，便能准确地测定它的表面温度。

 

　　红外测温仪主要由光学成像扫描系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。工作原理如下：光学成像扫描系统可将视场内目标物体红外辐射能量进行汇集，经聚焦后的红外辐射能量落在光电探测器上并被转变成电信号，该电信号经过放大器和信号处理电路，并经过一系列信号运算处理和发射率校正后，即可显示被测目标的温度值。

 

 

 

图1：红外测温仪原理框图

 

　　1、常用的红外辐射测温仪有两种

 

　　（1）单色测温仪：单色测温仪与波段内的辐射量成比例。

 

　　（2）双色测温仪：双色测温仪与两个波段的辐射量之比成比例。

 

　　2、红外线测温仪通常的用途

 

　　（1）可快速检测人体表面温度的红外线测温仪。

 

　　（2）可快速检测工业仪器、设施、设备表面温度的红外测温仪。

 

　　（3）可快速检测远距离外各种动物体表温度的红外测温仪。

 

　　3、红外测温仪的优点

 

　　（1）便捷：可快速测量温度，可以读取所有连接点的温度，另外红外测温仪坚实、轻巧、便于携带。

 

　　（2）精确：通常精度都是1℃以内，可快速准确地探测出温度的微小变化。

 

　　（3）安全：能够安全地非接触地读取难以接近的或不可到达的目标温度，可以在仪器允许的范围内读取目标温度。

 

　　4、使用红外测温仪注意事项

 

　　（1）红外测温仪只能测量物体表面温度，不能测量物体内部温度。

 

　　（2）不能透过石英玻璃进行测温，玻璃有很特殊的反射和透过特性。对于表面光亮的或抛光的金属物体，如不锈钢、铝等，测量精度也不准确。

 

　　（3）要尽量缩短测量距离，防止信号衰减。测温仪直接瞄准目标，然后对目标上下扫描，直至确定热点。

 

　　（4）避免蒸汽、尘土、烟雾等环境因素对测温仪光学系统造成影响，降低测量精度。

 

　　（5）注意消除环境温度影响，如果测温仪突然暴露在环境温差为20℃或更高的情况下，允许仪器在20分钟内调节到新的环境温度。

 

　　二、飞机发动机/APU引气管路渗漏故障的检测

 

　　飞机的发动机或者APU引气可用于空调系统、除防冰系统、真空马桶以及液压油箱增压等，一般而言，用于空调组件的引气压力可达到40PSI左右，温度也可以达到260℃左右，如果引气管路发生渗漏的情况，这种高温高压引气会对其周围的部件和区域造成破坏，危险性很大。

 

　　下面以E145飞机发动机引气管路渗漏故障为例，介绍使用红外测温仪检查引气管路渗漏的工作方法。

 

　　1、故障报告

 

　　飞机在空中或者地面上时，当接通空调组件工作一段时间后，在飞机中央仪表盘的CAS区（Crew Advisory System）出现1#或2#引气渗漏（BLEED 1/2 LEAK）的故障信息。这种故障是145飞机的多发故障，在天气炎热气候下出现的相当频繁。

 

　　2、排故过程

 

　　在本公司E145飞机运行的前几年里，对于BLEED 1/2 LEAK的故障，机务人员主要根据FIM（Fault Isolation Manual）进行故障隔离，FIM提供的主要排故步骤如下：

 

　　（1）按照AMM手册进行引气系统操作测试程序，接通外部高压氮气对管路的密封性进行检测，以验证故障现象，判断故障是否间歇性出现。这个测试需要比较复杂的设备，花费时间也很长，必须在主维修基地才能完成。

 

　　（2）使用热风枪和温度计对所有的管路接口区域的超温探测电门进行检查，操作方式如下图。E145飞机左侧发动机引气管路上有17个超温探测电门，右侧发动机引气管路上有14个超温探测电门，逐一对所有的电门进行检测，检查范围大，需较长时间停场排故，工作难度很高，准确性也很差。

 

 

 

图2：使用热风枪和热敏温度计检测超温电门

 

 

　　（3）如果没有发现超温电门的问题，再对相关的线路状况进行检查，这个检查主要依靠三用表进行，这个工作很复杂，通过量线的实际排故效果很差。

 

　　（4）在完成以上的检测工作后，对各段引气管路接口进行渗漏检查。在初期排故时，需要发动机运转并接通空调组件引气，主要依靠目视检查和手感等常规方式查找漏气点，由于泄露的引气温度很高，有时可以达到150℃以上，存在相当大的危险性。另外，对于超温电门的临界温度91℃左右，使用目视或者手感的方式，缺乏准确性。最后在采用红外测温仪进行温度检测后，才彻底解决这个问题。

 

　　在初期的排故中，完全参照FIM手册进行故障隔离，注意力容易被引导至管路功能测试、超温电门和线路检测等工作上，不仅需要投入大量的费用和人力，造成飞机长时间停场，而且基本上都不能一次性彻底排除故障，致使这个故障多次重复出现。经过认真总结和分析后，我们对排故步骤进行适当的调整，并结合使用红外测温仪来测量管路接头处漏气温度的方法，取得良好的效果，主要操作步骤的调整情况如下：

 

　　（1）首先进行故障模拟和检查，只需要使用APU引气，在空调组件通气十分钟以后即可对管接头进行温度检测。

 

　　（2）然后用红外测温仪对相应的引气管路接头，逐个进行温度检测；

 

　　（3）如没有检测到引气渗漏，再依次进行探测电门和线路的故障隔离；

 

 

 

图3：使用红外测温仪检查管路接口区域温度

 

 

　　经过许多次排故验证，使用红外测温仪检测管路接头的温度，可以安全、快速、准确地检测管路接口是否存在超温的情况，既节省大量的人力和停场时间，又可提高检测漏气点的准确性，达到100%。

 

　　3、故障分析

 

　　E145飞机发动机和APU安装在飞机尾部，左、右空调系统组件安装在机身中部，左、右两空调组件引气管路是一段很长的管路，分别由十几段各种形状的管路连接而成。

 

 

 

图4：引气管路分布图

 

 

　　大部分的管路接口里安装2个橡胶封圈（少部分接口使用金属卡箍），起封严密封的作用，用于防止引气渗漏。在高温高压引气的作用下，加上不规范施工因素的不良影响，这种封圈很容易扭曲变形，造成引气渗漏的情况，而这种渗漏没有得到及时的排除，长期下来会造成该接头的封圈被高温高压引气吹断的情况，导致引气严重泄漏。

 

 

 

图5：封圈损坏图片

 

 

　　在每个管路接口旁边都安装有一个热电偶式超温探测电门，当温度达到触发门槛值91±3℃，超温电门接通，这时探测系统就会发出BLEED 1/2 LEAK的信息。当温度下降到79±3℃时，超温电门断开，渗漏信息消失。

 

 

 

图6：引气渗漏探测电门

 

 

　　排除BLEED 1/2 LEAK故障的关键在于快速准确地判断引气渗漏点，引气管路安装在地板下，周围环境密闭，空气流动性不好，只要发生引气渗漏，不管引气渗漏程度是多少，均可造成管路接口区域温度有一定程度上升。一般的红外测温仪测量精度达到1℃，可以准确地检测出引气渗漏点的温度变化情况，通过对临近接口的温度数据对比，即可容易地查找到渗漏点。

 

　　另外，红外测温仪易于携带，操作步骤简单易懂，使用方便，无须其他辅助设备，可快速地接近和检测目标物体，节省大量时间和人力，因此是一种安全、有效的检查方法。

 

　　对于BLEED 1/2 LEAK的排故问题，在FIM里提供相应的排故步骤，在AMM（Aircraft Maintenance Manual ）等手册里也提供使用红外测温仪检查漏气点的方法，但是由于实际步骤是先难后易，且容易将注意力引导故障可能性较低的超温电门和线路检测上，可操作性不强。

 

　　4、引气管路漏气故障预防性检测方法的研究

 

　　在E145飞机MP（Maintenance Plan）没有针对引气管路漏气的定期检查项目，由于缺乏主动的预防性维修工作，只有出现BLEED 1/2 LEAK故障时才实施排故工作，处于被动排故的状况下，直接导致E145飞机不正常航班增多，降低了机队整体可靠性。

 

　　为了提高引气管路系统的可靠性，提前发现渗漏故障点，减少故障报告率和不正常航班率，通过认真分析和研究，结合红外测温仪检测引气渗漏点的检查方法，制定了合理的检查间隔和检查标准，利用做定检工作的期间，进行预防性维修工作，提前检测出引气管路的渗漏点，以有效地降低此故障的发生率。

 

　　预防性维修工作有两个关键点：一是确定合适的检查间隔，二是确定渗漏点的标准温度值。利用飞机C检对两条引气管路各个接口的温度数据进行取样，同时拆下相应的封圈状况进行检查，然后更换新封圈，其中一组数据如下：

序号	接近区域	封严更换前温度℃	封严的状况	封严更换后温度℃
1	195AL	111	1个完好，1个轻微漏气痕迹	74
2	194AR	107	1个完好，1个轻微漏气痕迹	91
3	195CL	104	2个均完好	70
4	194CR	85	2个均完好	92
5	193AL	93	2个均完好	72
6	193AL	113	1个断裂，1个完好	65
7	193AL	82	2个均完好	83
8	193AL	88	2个均完好	67
9	193LL	91	1个断裂，1个2处扭曲	79
10	193LL	97	2个均完好	82
11	261BF	86	2个均完好	89
12	261BF	76	1个完好，1个1处轻微扭曲	88
13	271AF	107	2个均完好	87
14	271AF	107	2个均完好	87
15	271BF	121	1个完好,1个漏气痕迹明显	86
16	271BF	97	1个完好，1个1处轻微扭曲	84
17	271CLW	104	2个均完好	62
18	N/A	N/A	N/A	N/A
19	N/A	N/A	N/A	N/A
20	272DRW	137	2个均断裂	62
21	N/A	N/A	N/A	N/A
22	N/A	N/A	N/A	N/A
23	273DR	146	1个完好，1个2处扭曲	88
24	N/A	N/A	N/A	N/A
25	272DR	97	1个完好，1个2处扭曲	96
26	272DR	95	2个均完好	91
27	272DR	69	2个均完好	55
28	272DR	137	1个完好，1个2处扭曲	73
29	312AR	70	2个均完好	90
30	N/A	N/A	N/A	N/A
31	312AR	93	1个完好，1个1处轻微扭曲	87
32	312AR	85	2个均完好	83
N/A：此接头没有安装橡胶封圈

表1：引气管路接头温度测量数据

 

 

　　在一般情况下，更换新封圈之后，大部分引气管路接头区域的实测温度有明显的下降，尤其封圈出现损坏的地方，但少数接口的温度不降反升，这种情况基本上是施工安装不好造成的，经过重新调整安装，温度亦有相应的下降。

 

　　超温电门的触发门槛值91±3℃，当温度下降到79±3℃时，超温电门恢复正常。经过充分的评估，将接口温度的标准值定为86℃，如果检测时高于86℃，则需要分解管路接头并更换封圈，然后进行复查，对超过86℃的接头重新分解和安装，直至温度低于86℃。

 

　　经过统计，采取这种预防性维修工作后，既可以有效减少BLEED 1/2 LEAK的故障发生率，又可以减少不必要的更换封圈，降低维修成本。

 

　　三、使用红外测温仪进行液压系统故障检测

 

　　飞机液压系统是由发动机驱动泵（EDP）或者电动马达驱动泵（EMDP）驱动的，EDP或EMDP在正常工作时会产生较大的热量，这些热量会随着液压油的流动传递到各个部件上，使得这些部件表面温度上升。在正常工作状态下，各个液压部件上的表面温度基本上是稳定在一定范围之内，如果其中某个部件故障，有可能会引起流经此部件的液压压力（也就是流量）发生变化，直接导致该部件的温度发生变化，因此通过测量和对比各个部件上表面温度的变化，再辅以其他相关数据的分析，即可准确地排查故障。下面以E145飞机一起液压系统故障的处理为例进行说明。

 

　　1、故障报告

 

　　E145飞机B-3030飞机航前起飞约15分钟后，机组报告CAS区出现HYD SYS 1 OVHT信息，1#液压系统压力指示为0。断开左发EDP和1#EMDP，10分钟后过热信息消失，15分钟后尝试接通1#EMDP和左发EDP，1#液压系统仍无压力，飞机返航。

 

　　2、排故过程

 

　　（1）地面接通1#EMDP，系统回油压差指示器跳出，复位后，再次试接通1#EMDP，压差指示器仍跳出，1#系统压力只能上升至2600PSI，对比2#液压系统压力为3000PSI。拆下液压总管组件上的3个油滤检查，壳体回油滤上有较多片状和块状黑色杂质，系统压力油滤和系统回油滤有少量粉末和颗粒状黑色杂质。

 

　　（2）拆下左发EDP和1#EMDP，检查泵连接的管路和花键没有异常。更换EDP，EMDP，更换壳体回油滤、系统回油滤、压力油滤。依据手册进行1号液压系统清洗，完成3次液压系统清洗后拆下油滤未见杂质。

 

　　（3）完成上述工作后，地面接通1#EMDP，1#液压系统压力仍然为2500PSI。将1#液压系统与2#液压系统压力传感器对串，地面接通EMDP测试2#系统压力正常，1#液压系统压力仍为2500PSI。

 

　　（4）在接通1#EMDP情况下，当提拉起落架应急放手柄时1#液压系统压力可达3000psi。

 

　　（5）地面试车检查，1#液压系统压力3000PSI，左发N1=89%运转3分钟后出现HYD SYS 1 OVHT信息。

 

　　（6）根据使用1#EMDP时压力只能达到2500PSI和使用1#EDP出现HYD SYS 1 OVHT的情况，采用红外测温仪对1#液压系统的各个系统部件进行温度测量，然后对收集的温度数据进行分析，确定起落架收放选择活门有内漏。更换该部件后，对系统进行各项测试，各参数均正常。

 

检查部件名称 （左发慢车试车状态）	更换前		更换后
	3min	10min	3min	10min
1#液压油箱	49℃	76℃	40℃	44.8℃
1#液压总管	57℃	93℃	41℃	49℃
起落架收放选择活门	56℃	82℃	33℃	33℃
应急放选择活门	36℃	40℃	34℃	33.8℃
前起舱门电磁活门	37℃	37℃	33.4℃	33.2℃

 

 

表2：EMDP工作时各部件的温度

 

检查部件名称 （EMDP接通）	更换前		更换后
	3min	10min	3min	10min
1#液压油箱	32℃	47℃	33℃	36℃
1#液压总管	36℃	57℃	42℃	50℃
起落架收放选择活门	42℃	55℃	26℃	26℃
应急放选择活门	35℃	40℃	26℃	26℃
前起舱门电磁活门	34℃	35℃	27℃	28℃

 

 

表3：EDP工作时各部件的温度

 

 

　　3、故障分析

 

　　此次B-3030飞机1#液压系统的故障现象很复杂，既有液压压力低的现象，又有液压系统超温的现象，加上检查时发现1#液压系统3个油滤上均有污染物的情况，很容易让人得出是EDP或者EMDP故障的结论，而实际情况并非如此。在更换相应EDP、EMDP、油滤、压力电门后并没有排除故障，就需要对下游各个系统的液压部件进行故障隔离。

 

　　通过系统原理图框图可以看出，E145飞机的1#液压系统可以给左副翼、右副翼、方向舵、发动机左反推、内侧扰流板、外侧刹车、起落架正常收放、起落架应急放、登机门、前起落架舱门等系统提供压力，由于涉及的系统很多，都有引起此故障的可能性，而事实上也不可能逐一更换所有的部件。

 

 

 

图7：E145飞机液压系统原理图

 

 

　　液压超温电门安装在液压油箱里，当超温信号接通温度为90±1.7℃，发出HYD OVHT信号，当低于80±1.7℃超温信号断开，HYD OVHT消失。使用EDP或者EMDP供压时，在达到正常压力的情况下，EDP或者EMDP则会自动调整其内部负荷，减少做功，以维持输出压力在规定的压力值，相应地产生很少的热量。如果其中某个部件出现内漏情况，会引起以下几个现象：

 

　　第一，某个部件内漏会造成液压油不停地循环流动，致使EDP或者EMDP在不停地做功输出压力，从而产生较高的热量，而一部分高温液压油同时又通过内漏点直接流回液压油箱，由于没有经过系统作动而降低其温度，经过一段时间之后会导致液压系统出现超温的情况。

 

　　第二，从EDP或者EMDP出来的高温液压油所流经的部件，其表面温度会有一个明显的增加。

 

　　第三，在仅使用EMDP供压情况下，由于EMDP的输出功率较少，内漏会导致压力达不到规定的2900PSI。

 

　　结合液压系统工作原理图可以看到，液压泵EDP或EMDP输出的液压油依次经过液压总管、起落架收放选择活门，然后到达应急放活门。根据液压油流动时可以传递热量的情况，可以采用红外测温仪对液压油流经的部件进行温度测量，实际测量的数据也显示，无论使用EDP还是EMDP供压，这三个部件的温度均明显高于其它部件，因此确定故障部件为应急放活门。

 

　　4、排故总结

 

　　B-3030飞机此次的HYD 1 OVHT故障为一起疑难故障，故障现象很复杂，排故的过程很不顺利。排故人员收集所有的故障信息后进行分析，均无法分析出一个明确的结论，存在各种不同意见和推测。最后，使用红外测温仪对各个液压部件进行温度检测，然后对温度数据和故障现象进行综合分析，终于确定了这起故障的真正原因。

 

　　从这起故障的排故过程来看，最主要还是要全面有效地收集故障信息和数据，然后对故障原因进行深入的分析，这是排故的关键。其次，面对错综复杂的故障现象，借助一些非常规的验证方式，如此次使用红外测温仪测量液压部件的温度，为快速、准确判断故障点提供了可靠的依据，是一个非常有效的方式，也是画龙点睛之举。

 

　　四、红外测温仪的使用小结

 

　　一般情况下，在排除了外界因素的相关影响后，如果物体的表面温度发生了变化，主要源于其内部特性发生了变化。红外测温仪主要用于测量物体的表面温度，利用这一工作特性，还可以在飞机其它系统的排故工作中使用，例如，利用引气在经过空调组件上主要做功部件（如ACM、双热交换器）之后，温度会发生一定程度变化的工作原理，可以使用红外测温仪检测飞机空调组件各个点的温度值，为判断故障提供准确的温度数据。另外，飞机刹车毂在使用过程中也会产生剧烈的温度变化，使用红外测温仪测量温度数据，也可以帮助判断刹车温度指示系统的故障。

 

　　使用红外测温仪测量温度数据，对于飞机某些系统故障排故的确有很大帮助，但是在实际工作中也存在以下一些问题，需要注意纠正和改进，否则不但起不到应有的作用，反而引起误判。

 

　　（1）测量点选择不正确，得到错误的数据。

 

　　（2）操作人员使用动作不规范，如测量距离过远、没有对准测量点等，导致数据出现误差。

 

　　（3）没有排除外界干扰因素，如光照强烈、温差变化大、空气湿度大、粉尘大等，都会影响测量数据的精度。