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        民用飛機飛控系統(tǒng)故障試驗注入方法研究

        2019-09-10 16:43:57徐鴻洋石強軍
        E動時尚·科學工程技術(shù) 2019年4期
        關(guān)鍵詞:民用飛機

        徐鴻洋 石強軍

        摘 要:在某型飛機飛控系統(tǒng)鐵鳥試驗中,經(jīng)常需要模擬各種故障,以驗證飛控系統(tǒng)響應是否滿足設(shè)計要求。振蕩故障試驗是飛控系統(tǒng)試驗及適航驗證試驗中的重要項目,在地面試驗階段需要測得系統(tǒng)振蕩檢測功能相關(guān)各監(jiān)控器探測包線范圍外最嚴酷情況下的控制面輸出響應,來確認振蕩監(jiān)控器的設(shè)計滿足飛控系統(tǒng)振蕩檢測要求,確保飛機飛行安全。為了實現(xiàn)振蕩故障試驗,本文設(shè)計了一種故障注入裝置及試驗方法,即在作動系統(tǒng)回路中注入伺服閥電流來實現(xiàn)振蕩故障的模擬。

        關(guān)鍵詞:民用飛機;飛控系統(tǒng);故障試驗;注入方法

        1 前言

        自 20 世紀 60 年代主動控制技術(shù)與隨控布局設(shè)計思想提出以來,電傳飛控系統(tǒng)(Electrical FlightControl System,以 下 簡 稱 EFCS)開 始 隨 之 發(fā) 展,EFCS 使用數(shù)字式計算機與電信號通信,為飛機減重、飛行品質(zhì)改善、飛機維護性改善等作出顯著貢獻。民機數(shù)字式 EFCS 最早應用于空客公司 A310(1982 年),僅用于控制擾流板、縫翼和襟翼。隨后空客公司在 A320(1987 年)機型中首次應用了全權(quán)限 EFCS。波音公司在波音 777 機型上首次使用EFCS,并于 1995 年成功取證。中國首架按照國際標準 設(shè) 計 的 支 線 客 機 ARJ 21 采 用 了 EFCS。EFCS 發(fā)展至今,大量先進的設(shè)計技術(shù)被不斷提出并成功應用于民機研制中,以 A380 為代表的先進民機在故障檢測與容錯技術(shù)方面有了新的突破,但受限于計算機處理能力,一些復雜的非線性實時算法難以應用。在現(xiàn)有飛行仿真技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合飛行控制系統(tǒng)功能原理,利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)建立精確的飛控仿真系統(tǒng),盡量逼真地模擬民用飛機飛行。探討飛控仿真系統(tǒng)的原理,分析說明飛控仿真系統(tǒng)的功能,研究飛控仿真系統(tǒng)的技術(shù)要求,最后重點研究飛控仿真系統(tǒng)的軟件設(shè)計。

        2 故障試驗方法

        故障注入是指按照選定的故障模型,用人工的方法有意識的產(chǎn)生故障運行在特定的工作負載的目標系統(tǒng)中,以加速該系統(tǒng)的錯誤和失效的發(fā)生,同時觀測和回收系統(tǒng)對所注故障的反應信息,并對回收信息進行分析,從而向?qū)嶒炚咛峁┯嘘P(guān)結(jié)果的實驗過程。振蕩故障試驗是民用飛機適航驗證試驗的一項重要內(nèi)容,主要由外部注入振蕩故障信號來檢測系統(tǒng)響應,以此驗證飛控系統(tǒng)設(shè)計需求的正確性、評估振蕩故障對飛行品質(zhì)的影響。振蕩故障的監(jiān)控主要集中在飛控電子中,以某型飛機飛控系統(tǒng)為例,振蕩故障通過飛控計算機、作動器控制電子及遠程控制單元來實現(xiàn)監(jiān)控。

        為了實現(xiàn)遠程控制單元內(nèi)部的振蕩監(jiān)控邏輯檢測,本文提出了一種故障試驗方法,如圖1所示,通過對作動回路中的EHSV伺服閥注入閥電流(初始偏置疊加振蕩信號)來實現(xiàn)EHSV位置及EHSV電流故障的模擬。該故障試驗方法有以下兩個設(shè)計難點:

        (1)在振蕩故障注入前要保證飛控系統(tǒng)所有內(nèi)部監(jiān)控器處于抑制狀態(tài),即故障注入裝置的接入不可破壞飛控系統(tǒng)指令通道及監(jiān)控通道的完整性,飛控系統(tǒng)要能夠識別作動回路工作在正常狀態(tài)。本文提出的故障試驗方法是通過阻抗匹配的方式來規(guī)避前端飛控計算機中故障監(jiān)控器的觸發(fā)。在電磁開關(guān)上電后,故障注入裝置接入系統(tǒng),電液伺服閥由等效電阻替代,飛控系統(tǒng)識別作動系統(tǒng)回路工作正常,注入的振蕩故障信號直接作用到伺服閥,控制作動器運動。

        (2)注入的伺服閥電流可直接驅(qū)動作動器運動,注入的故障電流過大容易破壞舵面或損壞設(shè)備,故需要調(diào)節(jié)電流初始偏置并設(shè)置最大電流幅值來保證試驗安全。在舵面中立位、5度、-5度位置(根據(jù)試驗需求確認)時,可以從前端飛控計算機的接口中獲取電流初始偏置,故障注入裝置在初始偏置的基礎(chǔ)上疊加振蕩信號注入舵回路,檢測遠程控制單元中振蕩故障監(jiān)控器觸發(fā)情況。

        3 故障注入裝置

        本文提出的故障注入裝置如圖1所示,其工作原理為:當12V直流電壓未接入時,繼電器處于圖示位置,故障注入裝置未接入系統(tǒng),飛控系統(tǒng)所有監(jiān)控器處于抑制狀態(tài);當12V直流電壓打開后,故障注入裝置接入,作動系統(tǒng)回路由等效電阻替代,信號發(fā)生器將已測試的初始偏置電流值發(fā)送給電液伺服閥EHSV,飛控系統(tǒng)執(zhí)行復位操作保證所有監(jiān)控器處于抑制狀態(tài),此時需要額外引入一路28V直流穩(wěn)壓電源為遠程控制單元供電保證其處于正常工作狀態(tài),避免前端飛控計算機識別故障后切斷遠程控制電子電源。

        4 應用

        在某型號鐵鳥飛控系統(tǒng)地面模擬試驗中使用本文提出的故障注入方法開展了振蕩故障試驗,以幅值7.5mA及頻率10Hz的振蕩故障試驗為例,具體的試驗過程如下:

        試驗要求:被測對象為方向舵作動系統(tǒng);試驗構(gòu)型要求方向舵三個作動器均工作在主動模式,對其中一路下方向舵作動器回路中注入振蕩故障信號;系統(tǒng)振蕩故障信號要求為幅值7.5mA,頻率10Hz;系統(tǒng)檢測需求為振蕩故障信號注入0.4s內(nèi),遠程控制單元中的振蕩故障監(jiān)控器觸發(fā)。

        試驗過程:根據(jù)電液伺服閥EHSV的電流檢測結(jié)果,幅值7.5mA及頻率為10Hz的故障信號需要設(shè)置信號發(fā)生器的輸出幅值3.35V(已疊加初始偏置),輸出頻率為10Hz,檢測遠程控制單元中監(jiān)控器觸發(fā)情況并記錄。

        試驗結(jié)果:振蕩故障試驗如圖2所示,在振蕩信號發(fā)送后0.19s,系統(tǒng)檢測到振蕩故障,下方向舵作動器的工作模式切換到阻尼模式,滿足系統(tǒng)檢測需求。

        5 結(jié)論

        本文提出了一種故障試驗注入方法,根據(jù)型號試驗中的應用證明該試驗方法可行且獲得的試驗數(shù)據(jù)可靠。該方法具有通用性,在工程領(lǐng)域具有較高的實用價值,可以支持振蕩故障、瞬態(tài)故障及力紛爭故障等試驗,可廣泛應用于作動系統(tǒng)的設(shè)備研制或飛控系統(tǒng)的綜合驗證試驗中。

        參考文獻

        [1]盧惠民.飛行仿真數(shù)學建模與實踐[M],北京:航空工業(yè)出版社,2007.

        [2]賀娜.民用飛機系統(tǒng)功能危險性評估[J].軟件導刊,2015,14(8):49-51.

        [3]柯劼,王興波,魏強.民用飛機高度綜合化自動飛行控制系統(tǒng)研究[J].軟件導刊,2015,14(7):90-92.

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