楚至濮

（中國飛機(jī)試驗(yàn)研究院 機(jī)務(wù)中隊(duì)，陜西 閻良 710086）

人類社會(huì)的生產(chǎn)活動(dòng)，是一步又一步由低級向高級發(fā)展。飛機(jī)的操縱系統(tǒng)，也是由低級向高級逐步發(fā)展的。自從1903年萊特兄弟采用機(jī)械操縱在基蒂霍克完成首次飛行以來，90多年過去了。在這漫長的歲月中，科學(xué)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，飛機(jī)的操縱系統(tǒng)也隨之有了很大發(fā)展。到目前為止，先進(jìn)飛機(jī)已經(jīng)采用了一種全新的操縱系統(tǒng)——電傳操縱系統(tǒng)。

1 電傳操縱系統(tǒng)的發(fā)展概況

20世紀(jì)前半期，采用閉環(huán)反饋原理的自動(dòng)控制技術(shù)，作為機(jī)械操縱系統(tǒng)的輔助手段，其主要作用，是針對已經(jīng)設(shè)計(jì)好的飛機(jī)鋼體動(dòng)力學(xué)特性的缺陷進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)精確的姿態(tài)和航跡控制，減輕駕駛員長期、緊張工作的負(fù)擔(dān)。

到了20世紀(jì)60年代，飛機(jī)的發(fā)展遇到了一些重大難題。例如：大型飛機(jī)繞性機(jī)體動(dòng)彈性模態(tài)問題，進(jìn)一步提高戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)動(dòng)性能和戰(zhàn)斗生存性問題等。這些問題僅靠氣動(dòng)力、結(jié)構(gòu)和動(dòng)力裝置協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)技術(shù)，已經(jīng)不能解決，或者要在性能、凈質(zhì)量、復(fù)雜性和成本方面付出巨大代價(jià)，才能得到某種折衷的解決方案。

研制設(shè)計(jì)者將注意力轉(zhuǎn)向采用閉環(huán)反饋原理的自動(dòng)控制技術(shù)，通過對一系列單向技術(shù)和組合技術(shù)的研究、開發(fā)和驗(yàn)證，產(chǎn)生了兩個(gè)具有劃時(shí)代意義的飛行控制概念：主動(dòng)控制技術(shù)（ACT）和電傳飛行控制（FBW）系統(tǒng)，這兩項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)，對飛機(jī)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。

2 基本組成與簡單的工作原理

與機(jī)械操縱類似，電傳操縱系統(tǒng)分為俯仰、橫滾和航向等通道。

典型單通道電傳操縱系統(tǒng)，主要由側(cè)桿控制器、桿力（位移）傳感器、飛行控制、陀機(jī)及其作動(dòng)器、速度陀螺加上設(shè)計(jì)、過載傳感器、控制/顯示接口裝置組成。

電傳操縱系統(tǒng)的基本特征是：飛行員的操縱桿傳感器信號、飛機(jī)運(yùn)動(dòng)傳感器信號和控制面作動(dòng)器位置信號，全部通過電信號傳遞。飛控計(jì)算機(jī)產(chǎn)生控制面偏轉(zhuǎn)角指令，并以電信號的形式，傳送給控制面伺服作動(dòng)器。閉環(huán)機(jī)動(dòng)指令控制，通過增加運(yùn)動(dòng)傳感器反饋回路的增益實(shí)現(xiàn)?？刂泼鎰?dòng)作器，根據(jù)飛行指令信號與相應(yīng)傳感器測得的飛機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的差異或偏差，進(jìn)行飛機(jī)控制，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的控制面運(yùn)動(dòng)，并使飛機(jī)能夠快速平穩(wěn)地跟蹤飛行員的指令。

3 電傳操縱系統(tǒng)的分類

電傳操縱系統(tǒng)，一般按照元件的電氣分類。

采用了模擬式傳感器、模擬式計(jì)算機(jī)和輸入輸出設(shè)備的系統(tǒng)，被稱為模擬式電傳操縱系統(tǒng)；

采用了數(shù)字式傳感器、數(shù)字式計(jì)算機(jī)和輸入輸出設(shè)備的系統(tǒng)，被稱為全數(shù)字式操作系統(tǒng)；

采用模擬式傳感器，數(shù)字式計(jì)算機(jī)的被稱為半數(shù)字式電傳操縱系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 優(yōu)點(diǎn)

機(jī)械操縱系統(tǒng)的系統(tǒng)組合比較復(fù)雜，而電氣組合比較簡單。

采用電氣控制的電傳操縱系統(tǒng)，很容易實(shí)現(xiàn)主操縱系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的交連。傳統(tǒng)的飛機(jī)機(jī)械操縱系統(tǒng)，一般都采用中央駕駛桿，而電傳操縱系統(tǒng)則可采用小側(cè)桿操縱，這樣既可減輕飛行員的工作負(fù)擔(dān)，又可使飛行員觀察儀表的視線，不再受中央駕駛桿的影響，同時(shí)也消除了重力加速度對飛行員和駕駛桿輸入量的影響。

電傳操縱系統(tǒng)可有效地減輕操縱系統(tǒng)的重量。一般情況下，采用電傳操縱系統(tǒng)后，可減少原機(jī)械操作系統(tǒng)所占有空間的50%。電傳操縱系統(tǒng)可提供作戰(zhàn)飛機(jī)的戰(zhàn)傷生存力。電傳操縱系統(tǒng)采用多余度設(shè)計(jì)后，可在機(jī)翼和機(jī)身內(nèi)分散布置其總線。若以電氣方式提供能源，即采用“動(dòng)力電傳”，可有效地提供戰(zhàn)傷生存力。

4.2 缺點(diǎn)

單通道電傳操作系統(tǒng)的可靠性不夠高。為了提供電傳操作系統(tǒng)的可靠性，現(xiàn)代軍用和民用飛機(jī)均采用三余度或四余度電傳操作系統(tǒng)，并利用非相似余度技術(shù)設(shè)計(jì)備份系統(tǒng)。

電傳操作系統(tǒng)的成本較高，需要進(jìn)一步簡化余度和降低各部件的成本。電傳操縱系統(tǒng)容易受雷擊和電磁脈沖干擾影響。所以，電傳操縱系統(tǒng)需要解決雷擊和電磁脈沖干擾的危害。

此外，由于現(xiàn)代飛機(jī)越來越多的采用復(fù)合材料，其使用率可達(dá)30%左右，這樣系統(tǒng)中的電子元件失去金屬蒙皮屏蔽保護(hù)，故抗電磁干擾和抗核輻射問題更為突出。

5 故障分析

通過一起飛機(jī)通道報(bào)故障原因，對此進(jìn)行分析。

（1）摘要。電磁控制系統(tǒng)是一個(gè)以電傳控制為主、機(jī)械操縱為輔的“電傳+機(jī)械”混合操縱系統(tǒng)。從功能上，電傳控制系統(tǒng)由6個(gè)控制通道，分別完成俯仰操縱、傾斜操縱、航向操縱、襟副翼操縱、前緣襟翼操縱、以及極限限制功能，縱向操縱通道為四余度電傳控制通道，通過駕駛員縱向操縱駕駛桿產(chǎn)生的俯仰桿位移信號，或自動(dòng)控制系統(tǒng)輸入的控制信號，控制水平尾翼的同步偏轉(zhuǎn)。

（2）故障現(xiàn)象。某型飛機(jī)上液壓通電檢查，座艙內(nèi)電傳1通道燈亮，電傳計(jì)算機(jī)面板上“左伺服”燈亮。

（3）系統(tǒng)的組成及工作原理。傳系統(tǒng)俯仰操縱通電的組成，主要有駕駛桿縱向位移傳感器、法向過載傳感器、俯仰角度速度傳感器、靜壓傳感器、動(dòng)壓傳感器、俯仰計(jì)算機(jī)以及左、右平尾伺服放大器、左、右平尾舵機(jī)和左、右平尾作動(dòng)筒組成。

飛機(jī)的縱向操縱，是由左右水平尾翼的同步偏轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)的，它們?nèi)Q于駕駛桿的縱向偏轉(zhuǎn)，駕駛桿的機(jī)械位移，經(jīng)過縱向桿位移傳感器轉(zhuǎn)變成電信號，電傳操縱系統(tǒng)計(jì)算機(jī)又將此電信號傳給舵機(jī)的分配機(jī)構(gòu)，分配機(jī)構(gòu)為液壓作動(dòng)筒分配液壓油，電信號的極性不同，會(huì)使作動(dòng)筒的活塞桿伸出或縮進(jìn)，從而推動(dòng)舵面偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)由駕駛桿到平尾的運(yùn)動(dòng)傳遞。

（4）原因分析。一是I通道縱向電傳控制計(jì)算機(jī)左平尾伺服放大器（YC-80）故障；二是I通道電源組件故障；三是左舵面?zhèn)鲃?dòng)裝置失效；四是左平尾舵機(jī)反饋傳感器電路故障；五是I通道電傳計(jì)控制計(jì)算機(jī)故障。

（5）相關(guān)檢查。飛機(jī)通電上液壓檢查1通道燈亮，電傳計(jì)算機(jī)面板報(bào)“左伺服”故障。首先為了驗(yàn)證1通道電傳計(jì)算機(jī)是否故障，把1通道計(jì)算機(jī)安裝在2通道位置，通電上液壓檢查故障復(fù)現(xiàn)，所以判斷1通道計(jì)算機(jī)故障，在和成品所技術(shù)員分析后，一致認(rèn)為，可能是1通道電源組件故障，造成安裝在1通道位置上的計(jì)算機(jī)故障，更換1通道計(jì)算機(jī)和電源組件，通電檢查系統(tǒng)工作良好，上液壓檢查，飛機(jī)仍然報(bào)“左伺服”故障，1通道故障燈亮。

分析認(rèn)為，1通道的線路短路，造成安裝在1通道的計(jì)算機(jī)燒壞，對1通道的線路進(jìn)行絕緣測量（同時(shí)對故障的2臺計(jì)算機(jī)進(jìn)行返廠修理），測量結(jié)果良好，對舵機(jī)反饋傳感器進(jìn)行測量，結(jié)果良好。

當(dāng)測量左平尾舵機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)1通道電磁閥線圈的電阻值偏小（因無法在舵機(jī)工作情況下進(jìn)行線圈阻值的測量），同時(shí)返廠的計(jì)算機(jī)，修理反饋的信息是2臺計(jì)算機(jī)的（YC-80）板燒壞。梳理整個(gè)排故過程和分析（YC-80）板燒壞的原因，更換左平尾舵機(jī)，通電上液壓檢查，系統(tǒng)工作正常，故障消失。

（6）故障原因。電傳計(jì)算機(jī)內(nèi)，插件板（YC-80）的R52電阻器開路，造成計(jì)算機(jī)報(bào)“左伺服”故障，（YC-80）的R52電阻器開路的原因，分析后，認(rèn)為在飛機(jī)靜止?fàn)顟B(tài)下，平尾舵機(jī)各伺服閥不工作，故測1通道線圈有一定的電阻，而在飛機(jī)上液壓，通電舵機(jī)工作的情況下，1通道伺服閥線圈有可能短路，造成（YC-80）的R52電阻器開路。

（7）相關(guān)原因?qū)е碌默F(xiàn)象。飛機(jī)平尾舵機(jī)相應(yīng)通道伺服閥線圈隱性故障，在靜止?fàn)顟B(tài)下無法表現(xiàn)出來，而在實(shí)際工作狀態(tài)下，輸出電流值過大，造成相應(yīng)的計(jì)算機(jī)板路故障。

例如在這里討論的某型飛機(jī)1通道報(bào)故，就屬于典型的隱性故障。故障現(xiàn)象是飛機(jī)上液壓通電檢查，座艙內(nèi)電傳1通道燈亮，電傳計(jì)算機(jī)面板上“左伺服”燈亮，原因就是在靜止?fàn)顟B(tài)下表現(xiàn)不出來的，而在舵機(jī)工作的情況下，線圈阻值變小，輸出電流值過大，造成1通道的計(jì)算機(jī)（YC-80）板子故障。

6 結(jié)束語

電傳系統(tǒng)是一個(gè)多種參數(shù)共同參與工作的復(fù)雜控制系統(tǒng)，當(dāng)飛行中出現(xiàn)故障時(shí)，飛行結(jié)束后一定要同飛行員詳細(xì)溝通，了解飛機(jī)在飛行中出現(xiàn)故障時(shí)的飛行姿態(tài)、速度等參數(shù)，及時(shí)仔細(xì)分析飛行參數(shù)記錄數(shù)據(jù)，以便能更容易使故障定位，并迅速排除飛行中出現(xiàn)的故障。

通過典型故障分析的過程，筆者體會(huì)到：隨著飛行控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式系統(tǒng)越來越多的應(yīng)用到現(xiàn)代飛機(jī)中，這就要求我們對自己的要求越來越高，要不斷地學(xué)習(xí)新的知識，提高自身的業(yè)務(wù)水平，在排除故障過程中，應(yīng)熟悉系統(tǒng)的組成和工作原理，通過細(xì)致的分析和測量，才能使排故過程少走彎路，減少損失。

[1]蔡滿意.飛行控制系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[2]吳文海.飛機(jī)綜合控制系統(tǒng)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2007.