呂宏銳，拜　斌

(海軍裝備部，陜西 西安 710089)

某型飛機航姿系統試飛故障分析

呂宏銳，拜斌

(海軍裝備部，陜西 西安 710089)

摘要：針對某架機空中飛行時，航向姿態(tài)系統中航向位置指示器上的無線電羅盤一臺指針卡滯這一罕見故障現象，從系統交聯關系和輸入輸出邏輯上進行詳細分析，提出設計改進措施，為以后系統設計提供借鑒。

關鍵詞：航向姿態(tài)系統；偏流轉接器；無線電羅盤；同步器

某型飛機出廠試飛時發(fā)現，航向姿態(tài)系統中航向位置指示器上的無線電羅盤一臺指針卡滯。在飛行中，將“偏流回中/工作”開關置于“工作”位置，航向位置指示器能夠正確指示GPS輸出的偏流信號，而無線電羅盤指針卻卡滯在某一方位上不動。在地面進行通電檢查時，故障卻不能復現?？罩酗w行時測量無線電羅盤方位指針的驅動電流達到輸出44mA(理論值為3～5mA)，其它電源輸入參數均滿足要求。故障出現后，及時組織技術人員采用換件、導通、絕緣檢查等方法排故后，在地面通電檢查時正常，但空中故障現象依舊，經過反復多次排故都未能解決。對這一故障產生的原因從原理上進行了分析，查出故障隱患，提出解決措施并排除故障。

1飛機交聯分析

無線電羅盤與航向姿態(tài)系統的航向位置指示器交聯采用了國產標準同步器，偏流轉接器與2101 I/O GPS交聯采用了ARINC 407標準同步器，偏流轉接器與航向姿態(tài)系統的航向位置指示器交聯采用了國產標準同步器。交聯關系原理如圖1所示。

圖1系統交聯關系原理

無線電羅盤將無線電羅盤方位通過國產標準同步器輸入給航向位置指示器，航向位置指示器接收到無線電羅盤信號后，通過信號放大帶動減速機構，再帶動無線電羅盤指針指示無線電羅盤方位[1-2]。

偏流轉接器中的同步接收器通過接收2101 I/O GPS輸出的偏流信號，將信號放大后帶動減速器、帶動主軸轉動，同時帶動同步發(fā)送器轉子轉動，同步器定子輸出轉角放大5倍后的偏流角信號給航向位置指示器，再通過一整套隨動系統帶動偏流針指示偏流角。當2101 I/O GPS的偏流輸入信號超過30°時，偏流轉接器內部的隨動系統將被設置的擋塊制動而有可能損壞偏流轉接器。偏流轉接器的13、14孔為基準電源36V、400Hz的輸入端。

從交聯原理圖上可以看出，無線電羅盤方位指示隨動系統和偏流指示隨動系統應當互不影響，各自按自己的系統工作。

2同步器控制自整角機角度傳輸電磁特性分析

自整角機是一種感應式系統控制電機，它通過定子與轉子之間的電磁感應作用，將輸入轉軸的機械轉角變換為與此轉角成一定函數關系的電信號，使遠距離的機械轉軸精確地保持相同的轉角同步旋轉，實現角度位置的遠距離傳輸、變換和指示[3]。控制式自整角機的工作原理如圖2所示。

圖2　控制式自整角機的工作原理

控制式自整角機由發(fā)送機和接收機組成，發(fā)送機的轉子軸與發(fā)送軸固定連接，發(fā)送機和接收機的定子繞組按相序對應連接。當U基準輸入基準電壓時，將產生一個脈振交變磁通，交變磁通在定子三相繞組中產生感應電勢，在接收機的轉子兩端就產生了與輸入角度成比倒的電信號[4-5]。將該電信號放大后驅動伺服電機和減速器，帶動羅盤指針復現輸入角度。兩者協調后，通過負反饋電路保持控制系統的平衡。實際應用中，應當掌握電壓輸出的關系式：

Uxy=Umsinθ

(1)

Uyz=Umsin(θ+120°)

(2)

Uzx=Umsin(θ-120°)

(3)

其中,θ為傳輸角度;Uxy、Uyz和Uzx為三相同步器的線電壓；Um為電壓最大幅值。Um與基準電壓的大小有關，對于ARINC 407標準同步器，基準電壓為26V(400Hz)，則Um=11.8V；對于國產標準同步器，基準電壓為36V(400Hz)，則Um=16V。

3原理分析

在飛行中，將“偏流回中/工作”開關置于“工作”位置，航向位置指示器能夠正確指示GPS輸出的偏流信號，而無線電羅盤指針卻卡滯在某一方位上不動。在地面進行通電檢查時，故障卻不能復現。空中飛行時測量無線電羅盤方位指針的驅動電流達到輸出44mA(理論值為3～5mA)，其它電源輸入參數均滿足要求。理論上說當隨動完成后，驅動電流應趨于零。從實測參數上看，驅動電流遠遠大于理論上隨動系統失調后需要的驅動電流，而且無線電羅盤方位指針被卡滯時，其驅動電流一直在增大，這是隨動系統不平衡的必然現象。

在無線電羅盤指針被卡滯后，將“偏流回中/工作”開關置于“回中”位置，無線電羅盤指針即正確指示無線電羅盤方位。從交聯原理圖上可以看出，當“偏流回中/工作”開關置于“回中”位置時，強制給航向位置指示器偏流輸入端一個同相位4.5V電壓信號，同時切斷偏流轉接器輸出的偏流信號。也就是說，只要切斷偏流轉接器與航向位置指示器的交聯并輸入一定的電壓值，則無線電羅盤方位指針即能正常指示。但從交聯原理圖上不難看出無線電羅盤方位指示隨動系統和偏流指示隨動系統毫無關系，為什么將偏流工作開關置于“回中”位置時，無線電羅盤方位能立即指示正確的方位呢？由此只能懷疑從偏流轉接器到航向位置指示器的偏流輸入信號品質不好或其它原因，造成輸入信號超過航向位置指示器的輸入要求而使無線電羅盤指針被卡滯。

按照上述的角度傳輸公式進行偏流角輸入/輸出信號的理論計算并進行實際測量，來驗證是否滿足理論計算要求。首先檢查2101 I/O GPS輸出到偏流轉接器的偏流信號是否滿足理論要求。在地面將偏流置于10°，理論計算的2101 I/O GPS輸出值應為Uxy=2.05V，Uyz=9.04V，Uxz=-11.08V。經過實際測量，理論值與實際值完全吻合，這就排除了2101 I/O GPS輸出的偏流信號導致故障的可能性。再檢查偏流轉接接收將2101 I/O GPS輸入的偏流信號，并放大5倍后的國內標準同步器輸出信號值。理論計算的偏流轉接器輸出值應為Uxy=12.5V，Uyz=2.78V，Uxz=15V。經過實際測量，偏流轉接器輸出的電壓值與理論計算值差異很大，但實際測量的電壓關系卻能滿足三相同步器相位差120°的要求。這就是航向位置指示器能正確指示偏流值，卻找不出無線電羅盤指針被卡滯的原因。從理論上來說，不符合要求的偏流信號輸入，航向位置指示器卻能正確指示航向位置是一種假象。

在這種情況下，偏流隨動系統的跟蹤速度將會非常慢，遠遠達不到理論要求的10°/s的速度，而地面檢查中往往忽略該項指標的檢查。另外，飛行中偏流角度一般小于10°，且變化量很小，因此飛行員無法正確判斷偏流指針的跟蹤速度。

偏流轉接器偏流信號輸出符合理論要求的一個先決條件，就是偏流轉接器中的同步器輸出激磁線圈應當輸入36V(400Hz)的基準電壓，經測量飛機線路輸入電壓值，完全滿足該條件。再分解偏流轉接器，發(fā)現偏流轉接器內部傳動機構齒輪被機械限動裝置多次限動，造成傳動機構齒輪鏈不能完全嚙合，引起偏流轉接器輸出的偏流信號不能滿足理論輸出要求，這就是該故障的癥結所在。

4深層原因分析及改進措拖

首先，航向位置指示器內部的偏流指示隨動系統機械傳動部分對無線電羅盤指示隨動系統存在干涉，有潛在的設計缺陷。

從電氣原理線路分析，無線電羅盤指示隨動系統和偏流指示隨動系統應當互不影響，但航向位置指示器內部的機械傳動裝置比較復雜，內部裝有可指示飛機航向、無線電羅盤方位、偏流、下滑偏差、航道偏差、偏航距和航向給定信號等多種隨動系統。每個隨動系統都包括伺服電機、整套減速機構、指示系統和負反饋測速電機等機械部件。當各種信號滿足輸入要求時，不同的隨動系統都應正常工作，不互相干涉。通過此次故障排除，認識到航向位置指示器至少存在當偏流信號輸入不符合標準要求時，偏流隨動系統機械部分對無線電羅盤指示隨動系統的機械傳動部分存在干涉，在航向位置指示器設計時應注意這一點。

其次，偏流轉接器內部隨動系統被機械限位裝置多次限動的原因。

偏流轉接器在設計時限位偏流輸入信號為30°。如果信號超過30°，設置的制動裝置對隨動系統進行制動，反復制動將可能損壞偏流轉接器。2101 I/O GPS的偏流信號在地面通電時，可通過測試限定輸出0°、10°和30°信號。但地面飛行準備時，2101 I/O GPS處于導航或其他狀態(tài)，因缺少空速和地速信號而使導航三角形未建立，偏流的輸出是隨機的且往往超過30°，多次地面試驗和飛行準備都將有可能反復對偏流轉接器內部的隨動系統進行制動，就可能因打壞偏流轉接器而造成輸出的偏流信號不滿足理論要求，造成無線電羅盤一臺指針被卡滯的深層次原因。雖然該典型故障發(fā)生在一架機上，但存在的隱患具有普遍性。

綜上所述，要徹底解決問題，保證故障不再發(fā)生，就應該對該系統進行更新設計。但若重新設計和排列，其內部復雜的機械傳動將會遇到許多不確定的因素；即使解決了兩個隨動系統相互干涉的問題，也解決不了偏流轉接器隨動系統被反復制動的難題；而且飛機每天都在進行飛行訓練，時間上也不允許讓所有飛機停飛來解決潛在的故障。因此必須在不影響正常飛行訓練的前提下，提出改動量最小又行之有效的解決辦法。

航向姿態(tài)系統設置“偏流回中/工作”開關的作用就是為了在地面通電時，保護航向位置指示器內偏流信號不超過30°，因此，地面通電時應將“偏流回中/工作”置于“回中”位置。只有在空中時，才將開關置于“工作”位置。但該“偏流回中/工作”開關卻沒有對偏流轉接器實施保護，造成當2101 I/O GPS地面輸出超過30°時，可能將偏流轉接器打壞。因此，建議設計將“偏流回中/工作”開關由兩刀改為三刀，增加一組觸點用于地面飛行準備時，將“偏流回中/工作”開關置于“回中”位置，在保護航向位置指示器的同對，又切斷了偏流轉接器工作電源，保護了偏流轉接器(更改后部分線路見圖3)。

圖3　改進后的偏流信號控制線路

5結語

對所有在役和正在生產待交付的某型系列飛機進行了線路設計更改后，經過飛行驗證，這種控制線路的更改對排除上述潛在的隱患是非常有效的，徹底解決了偏流轉接器和航向姿態(tài)系統的隨動部分被反復制動而引起的指針卡滯問題。

參考文獻

[1] 廉佳.某型無線電羅盤自動定向速度慢故障分析[J].西安航空技術高等?？茖W校學報,2011，29(3)：27-28,54.

[2] 魯凱彬,田孝華.飛機機載無線電羅盤導航測角誤差分析[J].計算機仿真,2015(8):26-29.

[3] 錢金山.航向位置指示器的綜合應用[J].硅谷,2011(6):15-18.

[4] 賈興榮,李振剛.航姿系統可靠性狀況及維修對策[C]//中國航空學會.航空安全與裝備維修技術——航空安全與裝備維修技術學術研討會論文集.北京:國防工業(yè)出版社,2014:696-701.

[5] 孫百香,王社偉,段鳳陽,等.航姿系統新型故障診斷方法的研究[C]//中國航空學會.第二屆中國航空學會青年科技論壇文集.北京:航空工業(yè)出版社,2006:420-426.

[責任編輯、校對：梁春燕]

Analysis of AHRS Failure of An Aircraft Flight

LVHong-rui,BAIBin

(Naval Equipment Department,Xi′an 710089,China)

Abstract：For the rare phenomenon of radio compass lagfix of AHRS in air,the system logic relations and input/output are analyzed,and design improvement measures are put forward for the reference of system designers in the future.

Key words：AHRS;drift adapter;radio compass;synchronizer

收稿日期：2016-03-07

作者簡介：呂宏銳(1963-)，男，陜西西安人，高級工程師，從事航空儀表研究。

中圖分類號：V267

文獻標識碼：A

文章編號：1008-9233(2016)03-0017-04