超短波定向機電源系統(tǒng)故障分析

喬振磊　馬爍甫姜露

摘 要：針對某型飛機機載設(shè)備超短波定向機機上報故問題進行了深入分析，從定向機的基本組成和工作原理出發(fā)，針對故障現(xiàn)象和特點，開展故障原因分析，得出了相應(yīng)的結(jié)論，并提出了測試項目改進及設(shè)備改進的有效建議，對于保證產(chǎn)品維修質(zhì)量起到了至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：定向機；電源系統(tǒng)；過壓保護；故障分析

引言：在某型飛機機載設(shè)備超短波定向機試驗過程中發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)場檢測良好，在外場機上試驗過程中不工作。這類故障隱蔽性強，使排故人員無從下手。針對故障現(xiàn)象和特點，通過對檢測設(shè)備、產(chǎn)品本身、飛機試驗環(huán)境等多方面原因的分析，判斷為定向機本身問題。本文從定向機工作原理入手，提出了一套合理有效的排故思路，完善了檢測方法，大幅度降低了該類產(chǎn)品的故障率。

一、定向機概述

超短波定向機用于接收VHF/UHF頻段的垂直極化信號，并提供其相關(guān)的方位信息。它與VHF/UHF頻段的調(diào)幅接收機和相應(yīng)的方位顯示系統(tǒng)一起，共同完成自動定向功能。主要用于航空救生的搜索和尋找、空中加油、輔助歸航和空中會合等任務(wù)。

（一）組成及功能概述。超短波定向機與VHF/UHF頻段的調(diào)幅接收機共同組成自動定向系統(tǒng)，如圖1所示。由調(diào)幅接收機與定向機協(xié)同工作，實現(xiàn)自動定向功能。通過顯示器來顯示飛機相對搜索目標(biāo)的方位信息。

由發(fā)射源（目標(biāo)）方位來的射頻信號，被定向天線接收；該信號經(jīng)定向機調(diào)制處理和前置放大后送到超短波電臺進行選擇、變換、放大和第一次解調(diào)（檢波），并輸出帶方位信息的視頻信號加到定向機，經(jīng)放大和解調(diào)（鑒相）處理，解算出方位信號，并經(jīng)伺服放大后驅(qū)動伺服電機帶動同步發(fā)送器輸出三相模擬方位。

（二）定向機原理概述。超短波定向機是采用比幅定向技術(shù)的無線電導(dǎo)航設(shè)備，比幅定向技術(shù)是利用在相差180°的兩個心型方向性圖以比較信號的大小來確定信號進入的方位角。定向機是利用本身的定向天線方向性呈心型的特點，并借助電子開關(guān)以一定的速率轉(zhuǎn)換定向天線的饋電端和終端負載，以獲取兩個在相位上互差180°的心型方向性圖。方向性圖相交的兩點稱之為等強信號點。通過等強信號點的連接軸稱為定向天線的零軸，一般在飛機上安裝定向天線時天線零軸必須與飛機縱軸線相重合，這樣當(dāng)?shù)孛婊蚩罩袩o線電臺發(fā)射無線電波的來向，對準(zhǔn)飛機縱軸方向時，定向天線不產(chǎn)生方位信息，而當(dāng)電波來向偏離飛機縱軸方向時，定向天線將產(chǎn)生方位信息。方位信息的大小與偏離角度成正比，且將無線電波變?yōu)槭芊轿恍畔⒄{(diào)制的調(diào)幅波。然后送至接收設(shè)備及自動定向電路經(jīng)過一系列變換再去控制定向天線以自動跟蹤電波來向，并由具有同步連接的航向指示器指示出來。飛行員可根據(jù)指示器的指示不斷校正飛行航向。

（三）定向機主要功能電路概述。（1）電源電路。電源電路是由開關(guān)三極管組成的復(fù)合型開關(guān)電路和過壓保護電路組成。如圖2所示，1C1，1C2，1L1組成濾波電路對輸入的﹢27V電壓濾波，1R1是限流電阻，1V1是防浪涌二極管。1V3為濾波電容。由1V6，1V7兩只開關(guān)三極管組成，復(fù)合型開關(guān)電路，為自動定向電路提供﹢27V電壓；由1V18，1V19兩只開關(guān)三極管組成復(fù)合型開關(guān)電路，

為內(nèi)接收機提供﹢27V電壓。由1C8，1C9，1L2，1C14，

1C15，1L3組成的濾波電路對控制信號濾波。采用復(fù)合型開關(guān)電路，可以用較小的基極電流Ib2（約8mA）去控制較大的負載電流（700mA）。1V5和1V17二極管為負脈沖提供通路。（2）定向保護電路。當(dāng)機載超短波電臺發(fā)射時，即發(fā)射保護接地，此時通過1V3、1V1分別控制1V4、1V16導(dǎo)通，使1V6、1V7、1V18、1V19截止，均無電壓輸出，定向機、定向天線無電壓，從而保護定向機。（3）過壓保護電路。當(dāng)輸出電壓大于30V時，由1V21、1V22、1V23、1V24、1V25、1V26組成的過壓保護電路，使1V26導(dǎo)通到地，通過1V2、1V15分別控制1V4、1V16導(dǎo)通，使1V6、1V7、1V18、1V19截止，均無電壓輸出，定向機、定向天線無電壓，從而保護定向機。

二、定向機故障檢測

（一）產(chǎn)品主要性能檢測。（1）定向靈敏度。在射頻垂直極化場（調(diào)制或非調(diào)制）中，定向靈敏度不大于50μV/m。（2）等效靈敏度。在正常測試條件下，等效靈敏度不大于10 μV。（3）定向精度。在正常測試條件下，0°-360°范圍內(nèi)每隔45°點上的相對偏差應(yīng)不大于±10°，在該八個點的有效偏差應(yīng)不大于

3.5°。在飛行條件下，上述兩值應(yīng)不大于±10°及7°。（4）阻塞電平：不小于40mV。（5）過沖。在自動定向時，指示器指針過沖不大于15°。（6）擺動。在自動定向時，指示器指針擺動不大于±3°。（7）電源。直流27V；交流115V（400 MHz）。在內(nèi)場應(yīng)用測試設(shè)備，對以上性能參數(shù)進行測試，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品工作正常，性能合格。

（二）產(chǎn)品電源系統(tǒng)深度剖析。在定向機內(nèi)部設(shè)有電源開關(guān)電路。定向機內(nèi)部共有+27V、+15V兩種直流電壓。+27電壓經(jīng)開關(guān)電路直接取自飛機電源，定向機內(nèi)部還使用單相115V交流電壓，它直接取自飛機電源。

定向機內(nèi)部有電源模塊、接收模塊、頻合模塊、自動定向模塊等幾部分組成。由電源模塊給其他模塊提供工作電源，各個模塊聯(lián)合工作，實現(xiàn)定向機整體功能。電源模塊內(nèi)部有專門的過壓保護電路，當(dāng)輸入電壓超過過壓保護的電壓值后，電路過壓保護，電源系統(tǒng)無輸出電壓，定向機不工作。

過壓保護模塊原路圖如圖3所示。

三、故障排除

針對產(chǎn)品在內(nèi)場檢測合格，但是機上試驗不工作的情況，首先懷疑為產(chǎn)品問題，多次更換定向機后，發(fā)現(xiàn)部分定向機工作正常，部分定向機仍無法工作。將不工作的定向機在內(nèi)場多次檢測試驗之后，并未發(fā)現(xiàn)問題，后懷疑為產(chǎn)品與飛機的匹配問題。以此定性并不能根本解決問題，又開展飛機試驗環(huán)境的檢測工作，經(jīng)全面排查之后，發(fā)現(xiàn)飛機本身試驗環(huán)境基本無問題。最終將問題放在飛機的供電系統(tǒng)上，發(fā)現(xiàn)飛機地面試驗并不是每次都開車，由飛機本身電源系統(tǒng)供電，而是應(yīng)用的地面電源車。本應(yīng)為27V正常供電，但是，當(dāng)飛機上接通的機載設(shè)備較少時，電源車供電電壓較高，有時甚至高于30V。前期，已對產(chǎn)品電源系統(tǒng)做了深入分析，產(chǎn)品本身有過壓保護模塊，電源車輸出的供電電壓高于了產(chǎn)品的過壓保護電壓，導(dǎo)致定向機電源系統(tǒng)過壓保護，使電源系統(tǒng)沒有電源輸出，定向機無法正常工作。

四、故障分析

產(chǎn)品電源系統(tǒng)設(shè)有過壓保護模塊，一但供電電壓高于過壓保護電壓，電源系統(tǒng)將無法輸出正常的供電電壓，使產(chǎn)品無法正常工作，功能無法實現(xiàn)。內(nèi)場測

試一般供電電壓為27V，而外場試驗采用的地面電源車供電往往無法保證準(zhǔn)確的供電電壓，存在一定的偏差，當(dāng)電壓較高時導(dǎo)致了產(chǎn)品電源系統(tǒng)的過壓保護。內(nèi)場在測試過程中，缺少產(chǎn)品過壓保護電壓的檢測環(huán)節(jié)，不確定產(chǎn)品的過壓保護電壓值為多少，若有此檢測環(huán)節(jié)，將過壓保護電壓調(diào)節(jié)到30V，并保證電源車正常供電，就可以避免問題的發(fā)生。

五、模擬試驗及驗證結(jié)果

根據(jù)故障現(xiàn)象及排查情況，對機上試驗無法工作的定向機進行調(diào)整。將定向機內(nèi)部電源系統(tǒng)的過壓保護電壓調(diào)節(jié)至30V，再次裝機試驗，發(fā)現(xiàn)定向機可正常工作。因此，根據(jù)試驗結(jié)果綜合分析，該故障的主要原因是定向機修理過程中缺少過壓保護電壓項目監(jiān)測與調(diào)節(jié)。部分定向機的過壓保護電壓偏低，當(dāng)供電電壓高于過壓保護電壓時，電源系統(tǒng)處于過壓保護狀態(tài)，沒有電壓輸出，導(dǎo)致定向機無法正常工作。

六、措施與建議

在定向機大修過程中，增設(shè)電源部分過壓保護電壓檢測環(huán)節(jié)，將產(chǎn)品的過壓保護電壓調(diào)節(jié)至30V。另外對內(nèi)場檢測設(shè)備進行擴展、升級，進一步完善測試項目及測試方法。

（一）設(shè)備改進關(guān)鍵技術(shù)簡述。（1） 使用（15-35）V內(nèi)置可調(diào)電源，為產(chǎn)品提供精準(zhǔn)、穩(wěn)定的供電，實現(xiàn)產(chǎn)品的過壓保護電壓檢查功能。（2）使用實時監(jiān)控技術(shù)，可實時監(jiān)控產(chǎn)品工作電壓及電流等參數(shù)，保證檢測項目符合技術(shù)要求。（3）使用內(nèi)置可調(diào)電源，增加ADF控制和發(fā)射控制功能，增加電源隔離器，使測試功能更加完善。

擴展改進設(shè)備面板圖如圖4所示。

總結(jié)：近年來，隨著國家武器裝備的更新?lián)Q代，裝備于軍用飛機上的電子通訊設(shè)備日趨先進，對于飛機穩(wěn)定性和作戰(zhàn)能力的提升起到了至關(guān)重要的作用。面對電子產(chǎn)品故障較多的局面，需要發(fā)現(xiàn)問題，深入分析，從產(chǎn)品原理上著手，精確定位，找出故障根本原因，才能提出合理有效的解決辦法。

參考文獻：

[1] 嚴(yán)東超主編. 飛機供電系統(tǒng)[J].北京：國防工業(yè)出版社，2010.