曹俊章

摘 要：通過對(duì)國外大型民用飛機(jī)高升力系統(tǒng)資料的研究，對(duì)典型的高升力系統(tǒng)故障監(jiān)控方案做了簡(jiǎn)要分析。對(duì)民用飛機(jī)高升力系統(tǒng)故障典型故障方案進(jìn)行了介紹，同時(shí)詳細(xì)闡述了包括設(shè)備故障與系統(tǒng)故障監(jiān)控的典型邏輯，對(duì)于民用飛機(jī)高升力系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：高升力系統(tǒng)；故障監(jiān)控；設(shè)備故障；系統(tǒng)故障

中圖分類號(hào)：V267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）20-0032-02

高升力系統(tǒng)是大型民用飛機(jī)的關(guān)鍵分系統(tǒng)之一，由前緣翼面、后緣翼面及其驅(qū)動(dòng)裝置組成。包括A320、A340、B737等國外大型民用飛機(jī)的高升力系統(tǒng)基本都是由機(jī)翼上左右對(duì)稱的五塊前緣縫翼和兩塊后緣襟翼組成[1]。它們的作用是通過縫翼向下前伸和襟翼后退偏轉(zhuǎn)，改變機(jī)翼彎度和面積，增加飛機(jī)起飛時(shí)的升力和著陸時(shí)的升力和阻力，從而，縮小飛機(jī)起飛和滑跑距離。此外，后緣襟翼還可以提高在低速飛行時(shí)的升力，前緣縫翼增加機(jī)翼彎度和面積改善失速特性。由于高升力系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)安全的重要作用，因而高升力系統(tǒng)的故障監(jiān)控顯得非常重要，本文主要分析目前國外大型民用飛機(jī)高升力系統(tǒng)故障監(jiān)控方案。

1 民用飛機(jī)高升力系統(tǒng)故障形式

高升力系統(tǒng)的故障形式可分為設(shè)備故障和系統(tǒng)故障。設(shè)備故障主要指高升力系統(tǒng)的主要部件故障，具體包括高升力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)故障，各種傳感器故障，傳動(dòng)系統(tǒng)故障和作動(dòng)器故障等。系統(tǒng)故障則通常指由于一個(gè)或多個(gè)部件故障導(dǎo)致的系統(tǒng)功能失效，主要包括襟翼/縫翼欠速、非對(duì)稱、傾斜和非指令故障。

2 民用飛機(jī)高升力系統(tǒng)典型故障監(jiān)控方案分析

本文以采用兩個(gè)獨(dú)立高升力計(jì)算機(jī)的雙通道高升力系統(tǒng)為例，進(jìn)行故障監(jiān)控方案分析。這種方式是傳統(tǒng)的高升力系統(tǒng)布置方式，結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，技術(shù)成熟。通常每個(gè)高升力計(jì)算機(jī)可包括2個(gè)核心計(jì)算模塊和1個(gè)核心控制模塊。2個(gè)核心計(jì)算模塊分別為指令模塊和監(jiān)控模塊，單個(gè)核心控制模塊能夠控制襟翼和縫翼的功能。每個(gè)高升力計(jì)算機(jī)通常是物理隔離的，保證一個(gè)高升力計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)不影響另一個(gè)高升力計(jì)算機(jī)的正常工作。

2.1 設(shè)備故障監(jiān)控

（1）傳感器故障監(jiān)控。高升力系統(tǒng)傳感器故障主要包括控制手柄傳感器、位置和傾斜傳感器?？刂剖直鷤鞲衅魍ǔ２捎秒娢挥?jì)，通過電位計(jì)將手柄角度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，將機(jī)組成員指令輸入高升力系統(tǒng)。高升力計(jì)算機(jī)通過比較指令模塊和監(jiān)控模塊的手柄位置信號(hào)差值來進(jìn)行故障監(jiān)控，若信號(hào)差值在一定持續(xù)時(shí)間內(nèi)大于設(shè)定閾值，則判定該信號(hào)無效。位置和傾斜傳感器可以采用角度解算器（Resolver）和線位移傳感器（LVDT）。Resolver的故障監(jiān)控，核心計(jì)算模塊通過將其正弦信號(hào)和余弦信號(hào)的平方和進(jìn)行判斷來進(jìn)行，具體過程如下：如果平方和大于規(guī)定最大值或信號(hào)小于規(guī)定最小值則設(shè)定值為真，否則監(jiān)控標(biāo)識(shí)為假；如果設(shè)定值為真的時(shí)間大于限定時(shí)間，監(jiān)控標(biāo)識(shí)為真，此時(shí)監(jiān)控鎖定。LVDT的故障監(jiān)控，核心計(jì)算模塊通過將2個(gè)電壓信號(hào)A和電壓信號(hào)B求和與輸出電壓來判斷，具體過程如下：信號(hào)和=（電壓信號(hào)A+電壓信號(hào)B）/輸出電壓，如果信號(hào)大于規(guī)定最大值或信號(hào)小于規(guī)定最小值，則設(shè)定值為真，否則監(jiān)控標(biāo)識(shí)為假。如果設(shè)定值為真時(shí)間大于限定時(shí)間，監(jiān)控標(biāo)識(shí)為真，此時(shí)監(jiān)控鎖定。

（2）傳動(dòng)系統(tǒng)故障監(jiān)控。襟翼/縫翼傳動(dòng)線系通常包括帶萬向節(jié)扭力管、角齒輪箱和軸承支座等。扭力管用于傳遞動(dòng)力單元（PDU）的輸出動(dòng)力給作動(dòng)器。角齒輪箱用來改變機(jī)翼傳動(dòng)線系在機(jī)翼上的角度，以配合機(jī)翼的角度。安裝的軸承支座來支撐扭力管。傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生故障主要包括脫開和卡阻，脫開會(huì)導(dǎo)致左右翼面非對(duì)稱故障，卡阻會(huì)導(dǎo)致襟/縫翼欠速故障，非對(duì)稱和欠速的故障監(jiān)控詳見系統(tǒng)故障監(jiān)控。

（3）作動(dòng)器故障監(jiān)控。襟翼/縫翼作動(dòng)器的作用是將PDU經(jīng)扭力管傳遞過來的動(dòng)力進(jìn)行機(jī)械轉(zhuǎn)換，驅(qū)動(dòng)翼面運(yùn)動(dòng)。作動(dòng)器的故障，將導(dǎo)致卡阻或翼面傾斜，通過位置傳感器能夠監(jiān)控卡阻，通過傾斜傳感器能夠監(jiān)控翼面傾斜故障。

2.2 系統(tǒng)故障監(jiān)控

（1）襟翼/縫翼非對(duì)稱故障，主要指飛機(jī)兩側(cè)的襟翼/縫翼運(yùn)動(dòng)不一致。襟翼/縫翼非對(duì)稱故障監(jiān)控可以通過比較來自左右翼面間的Resolver信號(hào)。以襟翼非對(duì)稱故障監(jiān)控為例，監(jiān)控包括對(duì)襟翼運(yùn)動(dòng)速度和翼面位置的監(jiān)控，采用左右襟翼位置信號(hào)作為輸入，同時(shí)需要相關(guān)起落架收放信號(hào)，如圖1所示。無論速度監(jiān)控還是位置監(jiān)控，一旦故障發(fā)生，都將判斷襟翼非對(duì)稱，將該通道襟翼PDU電磁閥和左右翼尖剎車電磁閥斷電。由于非對(duì)稱監(jiān)控通過雙通道分別進(jìn)行，若雙通道均正常工作，則在發(fā)生非對(duì)稱故障時(shí)，雙通道襟翼PDU電磁閥和左右翼尖剎車電磁閥均斷電，襟翼翼面鎖止。

（2）襟翼/縫翼傾斜故障，主要指單側(cè)襟翼/縫翼運(yùn)動(dòng)不一致情況。襟翼/縫翼的傾斜監(jiān)控可以通過比較來自不同翼面間的角度解算器和線位移傳感器的位置信號(hào)執(zhí)行[2]。以縫翼傾斜故障監(jiān)控為例，兩個(gè)角度解算器位置信號(hào)差值大于設(shè)定閾值時(shí)，監(jiān)控觸發(fā)，如圖2所示。監(jiān)控器觸發(fā)時(shí)，將令該通道縫翼PDU電磁閥和左右翼尖剎車電磁閥斷電。由于傾斜監(jiān)控通過雙通道分別進(jìn)行，若雙通道均正常工作，則在發(fā)生傾斜故障時(shí)，雙通道縫翼PDU電磁閥和左右翼尖剎車電磁閥均斷電，縫翼翼面鎖止[3]。

（3）襟翼/縫翼欠速故障，主要指襟翼/縫翼翼面速度運(yùn)動(dòng)過低的情況。以襟翼欠速監(jiān)控為例，襟翼欠速故障監(jiān)控可以通過比較馬達(dá)的轉(zhuǎn)速信號(hào)和翼面轉(zhuǎn)速信號(hào)來進(jìn)行。乘上相關(guān)系數(shù)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速與翼面轉(zhuǎn)速之差大于設(shè)定閾值時(shí)，監(jiān)控觸發(fā)，如圖3所示。該監(jiān)控觸發(fā)時(shí)，將令該通道襟翼PDU電磁閥和左右翼尖剎車電磁閥斷電。

（4）襟翼/縫翼非指令故障，主要指無指令情況下襟翼/縫翼翼面運(yùn)動(dòng)，停止指令下襟翼/縫翼翼面繼續(xù)運(yùn)動(dòng)和襟翼/縫翼反方向運(yùn)動(dòng)三種情況[4]。襟翼非指令運(yùn)動(dòng)監(jiān)控則主要包括系統(tǒng)超速和反向運(yùn)動(dòng)的監(jiān)控。通過馬達(dá)的指令轉(zhuǎn)速和監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速來進(jìn)行馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)方向和速度的監(jiān)控。相關(guān)監(jiān)控觸發(fā)時(shí)，將令該通道襟翼PDU電磁閥和左右翼尖剎車電磁閥斷電。

3 結(jié)語

本文簡(jiǎn)單介紹了國外大型民用飛機(jī)高升力系統(tǒng)的基本組成和典型的故障形式，分析了國外大型民用飛機(jī)對(duì)于高升力系統(tǒng)的主要故障監(jiān)控執(zhí)行方案和核心邏輯。在具體的故障監(jiān)控方案上，不同機(jī)型采取的措施會(huì)有一定的不同，但核心原則是相關(guān)的安全性和適航要求。本文對(duì)于國內(nèi)民用飛機(jī)高升力系統(tǒng)的故障監(jiān)控方案設(shè)計(jì)有一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1]宋翔貴.電傳飛行控制系統(tǒng)[M].北京： 國防工業(yè)出版社，2003.

[2]The Boeing company. Auxiliaryfoil lost motion detector and actuator：United States，US5628477[P].1997-05-13.

[3]馬軍輝，徐向榮.民用飛機(jī)高升力系統(tǒng)翼面傾斜探測(cè)方案分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2013（7）：52-54.

[4]Nau C.Torque Limiter： USA， 3596740[P].1971-08-03.endprint