謝國慶 夏國民 霍鵬飛

摘要：“自駕”功能是直升機(jī)飛控系統(tǒng)的基本工作方式，可以改善直升機(jī)的飛行品質(zhì)進(jìn)而減輕飛行員的操縱負(fù)荷?！白择{”功能的實(shí)現(xiàn)主要依靠飛控操縱臺(tái)功能請求和計(jì)算機(jī)的軟件邏輯來共同完成。首先飛控操縱臺(tái)軟件要采集“自駕”功能按鍵狀態(tài)，并將狀態(tài)請求結(jié)果通過429數(shù)字總線轉(zhuǎn)發(fā)給飛控計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)應(yīng)用軟件再經(jīng)過功能接通/斷開的邏輯判斷，決定“自駕”功能的接通或斷開，最終將狀態(tài)信息反饋給操縱臺(tái)，操縱臺(tái)點(diǎn)亮“自駕”模態(tài)指示燈。

關(guān)鍵詞：直升機(jī);飛控系統(tǒng);自駕功能;故障分析

中圖分類號(hào)：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

早期的直升機(jī)由于執(zhí)行任務(wù)比較簡單，性能要求也比較低，直升機(jī)不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)模態(tài)的發(fā)散周期比較長，駕駛員可以對這種不穩(wěn)定的發(fā)散模態(tài)進(jìn)行不斷的人工修正。隨著直升機(jī)性能不斷提高，以及執(zhí)行的任務(wù)越來越復(fù)雜，尤其是武裝直升機(jī)，不僅要執(zhí)行反潛、對地攻擊、對空射擊等任務(wù)，而且要完成超低空貼地飛行，進(jìn)行地形跟隨與地形回避機(jī)動(dòng)，抵御陣風(fēng)擾動(dòng)等操縱，再加上直升機(jī)固有的不穩(wěn)定性，僅僅依靠人工操縱已十分困難。因此，與定翼機(jī)相比，直升機(jī)更需要增穩(wěn)系統(tǒng)、控制增穩(wěn)系統(tǒng)或自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)。

1飛控操縱臺(tái)功能及結(jié)構(gòu)

飛行控制操縱臺(tái)采用同構(gòu)型雙余度結(jié)構(gòu)。每個(gè)通道硬件配置完全相同，采用通道內(nèi)自監(jiān)控為主、通道交叉監(jiān)控為輔的雙通道熱備份工作方式。具有故障隔離、故障申報(bào)、通道自動(dòng)切換等功能。產(chǎn)品通過ARINC429總線與飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行交聯(lián)。綜合處理板A和綜合處理板B分別完成飛控系統(tǒng)功能按鍵、旋轉(zhuǎn)編碼開關(guān)等操作指令采集后，向飛控計(jì)算機(jī)發(fā)送飛控系統(tǒng)操作請求，得到飛控計(jì)算機(jī)反饋信息后，經(jīng)綜合處理板進(jìn)行數(shù)據(jù)比較監(jiān)控、表決后向顯示控制單元輸出點(diǎn)燈信號(hào)，同時(shí)將接收到的飛控計(jì)算機(jī)故障信息、舵面位移、給定數(shù)據(jù)反饋等信息通過RS422總線發(fā)送至顯示控制單元液晶顯示屏。

1.1故障現(xiàn)象

2017年，有機(jī)組反映某架直升機(jī)在平飛狀態(tài)下，2分鐘內(nèi)三次出現(xiàn)飛控操縱臺(tái)上無線電高度保持功能指示燈自動(dòng)點(diǎn)亮現(xiàn)象，每次按壓按鍵后指示燈均會(huì)熄滅。返航后地面滑行時(shí)，斷開飛控系統(tǒng)各功能后又出現(xiàn)無高保持功能指示燈自動(dòng)點(diǎn)亮現(xiàn)象。將該飛控操縱臺(tái)返回廠家按國軍標(biāo)要求做常溫和高、低溫條件下工作能力測試后故障未復(fù)現(xiàn)。繼續(xù)進(jìn)行振動(dòng)條件下工作能力測試，故障復(fù)現(xiàn)，確認(rèn)為飛控操縱臺(tái)故障。

1.2故障分析

根據(jù)故障現(xiàn)象建立故障樹如圖1所示。從圖中可知，對應(yīng)指示燈的點(diǎn)亮電路、控制電路以及信號(hào)傳遞共有三個(gè)故障類型：導(dǎo)光板上的無高保持功能指示燈電路故障、IO板上的無高保持功能指示燈控制電路故障、IO板插頭與母板插座接觸不良。針對上述三種故障類型按以下步驟進(jìn)行排查。

1.將故障操縱臺(tái)的導(dǎo)光板拆下，安裝在另一臺(tái)正常飛控操縱臺(tái)上進(jìn)行測試，飛控操縱臺(tái)工作正常;將正常飛控操縱臺(tái)的導(dǎo)光板安裝在故障操縱臺(tái)上，故障仍存在。因此排除導(dǎo)光板故障。

2.將IO板與另一臺(tái)正常飛控操縱臺(tái)進(jìn)行替換，故障隨IO板轉(zhuǎn)移，確認(rèn)IO板故障為導(dǎo)致飛控操縱臺(tái)自動(dòng)點(diǎn)燈的直接故障。在飛控操縱臺(tái)故障情況下，對IO板上對應(yīng)無高保持功能電平轉(zhuǎn)換的芯片和光耦合器電路信號(hào)進(jìn)行測試，電平轉(zhuǎn)換芯片輸入信號(hào)異常，光耦合器電路信號(hào)正常，排除光耦合器開關(guān)電路故障;拆下電平轉(zhuǎn)換芯片，對該芯片重新焊接牢固，對產(chǎn)品進(jìn)行環(huán)篩振動(dòng)試驗(yàn)，故障再?zèng)]有復(fù)現(xiàn)。排除電平轉(zhuǎn)換芯片本身的質(zhì)量問題，排除電平轉(zhuǎn)換芯片故障、光耦合器故障和光耦合器焊接不可靠。

3.對已修復(fù)的IO板重復(fù)插拔，故障沒有復(fù)現(xiàn)。排除IO板插頭和母板插座接觸不良。綜上，確認(rèn)故障原因?yàn)殡娖睫D(zhuǎn)換芯片的針腳焊接不可靠。

2直升機(jī)飛控系統(tǒng)自駕功能優(yōu)化措施

2.1飛控操縱臺(tái)檢查

1.將飛控操縱臺(tái)開蓋進(jìn)行線纜外觀檢查，把集束的導(dǎo)線分開，對導(dǎo)線進(jìn)行了仔細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)破皮、短路和斷路等現(xiàn)象。再對母板、I/O板、TX板的線路進(jìn)行導(dǎo)通檢查，導(dǎo)通檢查正常。

2.對CPLD、DSP、U1、U2及429芯片相關(guān)信號(hào)與焊盤的接觸情況進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)虛焊現(xiàn)象。

3.對CPLD、DSP、U1、U2及429關(guān)鍵芯片進(jìn)行了外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，再通過示波器等測量設(shè)備對芯片進(jìn)行通電測試，測試結(jié)果正常。同時(shí)在飛控操縱臺(tái)上電后，飛控操縱臺(tái)“自駕”功能按鍵能正常接通或者斷開，在結(jié)合以上分析，故可以排除飛控操縱臺(tái)硬件故障。最后對飛控操縱臺(tái)“自駕”功能軟件設(shè)計(jì)邏輯進(jìn)行梳理。當(dāng)按壓“自駕”功能按鍵時(shí)，在試驗(yàn)室都能正常接通和斷開功能，設(shè)置不滿足自駕邏輯時(shí)，也能阻止功能接通，判斷不是“功能通斷模塊邏輯”故障?？梢源笾露ㄎ粸椴杉降陌存I信息和真實(shí)的操作不一致。經(jīng)過地面對按鍵頻繁按壓解讀按鍵信息，沒有發(fā)現(xiàn)按鍵信息的解碼和編碼故障問題。為了使故障復(fù)現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員通過模擬機(jī)上環(huán)境，加入振動(dòng)源進(jìn)行持續(xù)試驗(yàn)，同時(shí)抓取故障發(fā)生時(shí)的數(shù)據(jù)，成功抓住了一次按鍵信息翻轉(zhuǎn)的過程。經(jīng)分析，軟件對“自駕”功能等非自鎖按壓式功能按鍵信息的采集模塊處理策略為連續(xù)接收該按鍵編碼信息2拍后，上層軟件即認(rèn)為有該按鍵的操作動(dòng)作，即將該按鍵狀態(tài)進(jìn)行一次翻轉(zhuǎn)。振動(dòng)環(huán)境造成了按鍵信息被干擾，偶然出現(xiàn)超過連續(xù)2拍的數(shù)據(jù)。飛控操縱臺(tái)會(huì)發(fā)送“自駕”功能接通或斷開請求，造成功能的自動(dòng)接通或斷開。通過加寬對按鍵信息濾波的時(shí)值，解決了該問題。經(jīng)過試驗(yàn)室確認(rèn)，確定造成“自駕”功能自動(dòng)接通或斷開故障的原因?yàn)轱w控操縱臺(tái)軟件按鍵采集模塊中“自駕”按鍵信息濾波策略問題。

2.2俯仰、傾斜和航向通道的穩(wěn)定工作狀態(tài)

俯仰、傾斜和航向通道處于同步工作狀態(tài)后，當(dāng)再次按壓操縱臺(tái)上的上述三通道的按鈕時(shí)，則相應(yīng)通道處于穩(wěn)定工作狀態(tài)。通道的穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，同步器不工作，將直升機(jī)的姿態(tài)或航向保持在同步器記憶的基準(zhǔn)上。當(dāng)直升機(jī)受到干擾時(shí)，姿態(tài)角或航向角發(fā)生變化，航向姿態(tài)系統(tǒng)敏感這一變化，并通過同步器轉(zhuǎn)子輸出一誤差電壓，該電壓經(jīng)限幅后加到伺服放大器，伺服放大器的直流輸出電壓加到舵機(jī)的伺服閥，從而驅(qū)動(dòng)舵機(jī)的動(dòng)力活塞運(yùn)動(dòng)，經(jīng)操縱連桿、助力器和主槳或尾槳的變距機(jī)構(gòu)最后改變直升機(jī)的姿態(tài)或航向，以消除姿態(tài)角或航向角偏差，使直升機(jī)回到同步記憶的基準(zhǔn)上。與上述過程同時(shí)，速度陀螺組也將其感受到的姿態(tài)變化率或航向變化率信號(hào)經(jīng)速率放大器而加到伺服放大器的輸入端，以改善直升機(jī)的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。

2.3俯仰和傾斜通道的自動(dòng)配平

自動(dòng)配平的目的是，在不危及直升機(jī)飛行安全的前提下增大自動(dòng)駕駛儀的工作范圍。其具體作用是用與姿態(tài)信號(hào)成比例的脈沖信號(hào)來改變駕駛桿的停留點(diǎn)。當(dāng)俯仰、傾斜通道處于穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，伺服放大器的交流輸出加到配平控制器上，該控制器按所加電壓的極性送到抬頭配平閥或低頭配平閥的脈沖信號(hào)的寬度與俯仰信號(hào)成比例。配平閥緩慢地改變駕駛桿的停留點(diǎn)，當(dāng)駕駛員需要操縱直升機(jī)時(shí)，可以輕松地克服駕駛桿的這種緩慢移動(dòng)。在伺服放大器的交流輸出電壓低于配平控制器的工作門限時(shí)，配平閥不工作。

結(jié)束語

本文通過對飛行控制系統(tǒng)“自駕”功能故障采用建立故障樹進(jìn)行分析排查，遍歷了引起故障的所有可能性，定位了故障原因。尤其涉及軟件邏輯實(shí)現(xiàn)分析時(shí)，嚴(yán)格依據(jù)軟件設(shè)計(jì)邏輯流程，進(jìn)行功能邏輯故障樹分析，通過故障復(fù)現(xiàn)和相同環(huán)境驗(yàn)證的手段充分證明更改的有效性，對軟件進(jìn)行機(jī)上更改提供了過程保證。為軟硬件交聯(lián)故障的排故積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，能夠指導(dǎo)類似故障的排除。

參考文獻(xiàn)

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[3]鮑銀掌.直升機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)淺析[J].信息化建設(shè)，2015（10）：201.作者簡介：謝國慶，1983年8月，男，籍貫：甘肅民勤，漢族，本科，工程師，研究方向：直升機(jī)飛行控制方向、模擬電路設(shè)計(jì)