某型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)典型53#故障的排除及解析

姚金彪 邵珠君

摘要：某型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)在飛機(jī)上時有故障發(fā)生，造成導(dǎo)航系統(tǒng)無法正常使用，其中較為突出的是慣導(dǎo)報53#環(huán)境溫控故障。為降低該慣導(dǎo)在飛機(jī)上的故障率，通過研究環(huán)境溫控回路的工作原理，解析其故障機(jī)理，并以幾起典型53#故障的排除為例深入分析，提出有效的預(yù)防措施，以延伸修理深度，提高產(chǎn)品修理質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：慣性導(dǎo)航系統(tǒng)；53#故障；溫度控制

Keywords：inertial navigation system；53# Faults；temperature control

0 引言

某型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是航空裝備上重要的導(dǎo)航設(shè)備，因該慣導(dǎo)所使用的慣性器件性能易受溫度影響，故通過設(shè)置溫控回路，使慣性器件工作在最佳溫度狀態(tài)下，保證慣導(dǎo)的導(dǎo)航性能。

53#故障為環(huán)境溫控回路故障，在實際維修中是該型慣導(dǎo)溫控回路出現(xiàn)頻率最高的故障，研究53#故障的故障機(jī)理有助于快速定位故障點，恢復(fù)產(chǎn)品的完好性。53#故障的典型現(xiàn)象有：慣導(dǎo)啟動T3溫度無變化；T3溫度持續(xù)上升不停止；不間斷報53#故障等。

1 組成及工作原理

1.1 環(huán)境溫控回路的功能

通過設(shè)置慣導(dǎo)溫控回路，可在較短的時間范圍內(nèi)使慣性元器件達(dá)到一定的溫度并獲得長時間的恒溫控制，從而使慣導(dǎo)能夠迅速啟動、安全可靠地投入使用并能保證導(dǎo)航的精度。

為充分發(fā)揮慣性器件的性能，慣性平臺還需要均衡穩(wěn)定的外界環(huán)境溫度（簡稱T3溫度），設(shè)置環(huán)境溫控回路能夠在短時間內(nèi)達(dá)到對環(huán)境加溫的目的，保證慣性器件處于正常工作環(huán)境溫度下，性能處于最佳狀態(tài)。

1.2 環(huán)境溫控回路的組成及工作原理

1）組成

環(huán)境溫控回路采用粗精二級溫控設(shè)計，分為殼體快速加熱（殼快加熱）和殼體比例加熱（殼比加熱），采用115V/400Hz的模擬電路，大功率常值加熱的同時進(jìn)行比例加熱，殼比加熱回路為模擬回路，殼快加熱控制回路為數(shù)字控制回路，兩個回路的組成大體可分為以下三部分。

a. 溫度測量及信號轉(zhuǎn)換：實時溫度信息的獲取，包括熱敏電阻、AD590等溫度敏感元件，信號轉(zhuǎn)換包括R/V線路、A/D線路（數(shù)字溫控）及接口等。

b. 溫度控制部分：控制加熱電源的通斷，包括計算機(jī)綜合解算算法（數(shù)字溫控）及溫控電路。

c. 執(zhí)行元件及被控對象：執(zhí)行加熱電源的通斷，包括繼電器、可控硅和加熱片等。

殼快回路和殼比回路的組成圖如圖1所示。

2）工作原理

在慣導(dǎo)開機(jī)后，經(jīng)115VB殼快加熱電源通過繼電器K3向殼快加熱片注入電流進(jìn)行快速加溫，當(dāng)T3接近44℃時，由開關(guān)量控制切斷K3繼電器，停止殼快加熱。

在慣導(dǎo)進(jìn)入初始對準(zhǔn)時，由平臺腔蓋板上熱敏電阻（殼比RT）感受殼體上的環(huán)境溫度，經(jīng)電橋輸出偏差信號送給殼比溫控線路，在經(jīng)過信號放大、變換推動可控硅功放級，經(jīng)115VC殼比加熱電源給殼比加熱片注入加熱電流，使T3溫度穩(wěn)定在43℃±0.5℃的正常溫度。

另外，慣導(dǎo)在對準(zhǔn)和導(dǎo)航期間，由慣導(dǎo)托架上所裝的風(fēng)機(jī)盒給慣導(dǎo)內(nèi)部持續(xù)送入冷風(fēng)，慣導(dǎo)平臺腔內(nèi)部也裝有風(fēng)扇，可以將熱空氣攪拌均勻，并經(jīng)出風(fēng)孔散熱，保證T3溫度的均衡。

2 典型故障的分析與排除

對溫控回路的組成具體分析可知，任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都會導(dǎo)致慣導(dǎo)環(huán)境溫度異常，從而使慣導(dǎo)報53#故障碼，提示慣導(dǎo)環(huán)境溫度異常。根據(jù)生產(chǎn)實際的故障統(tǒng)計以及修理中的經(jīng)驗總結(jié)，發(fā)現(xiàn)故障點多存在于溫度測量和執(zhí)行元件部分，根本原因在于元器件的損壞和功能失效，下面以幾起典型故障的解決為例來說明。

2.1 T3溫度啟動無變化

T3溫度啟動無變化主要發(fā)生在慣導(dǎo)初始對準(zhǔn)階段，通過232數(shù)據(jù)監(jiān)測到慣導(dǎo)平臺腔環(huán)境溫度無變化，出現(xiàn)此現(xiàn)象的主要原因有兩點。

1）加熱片短路

加熱片是加熱回路的終端和執(zhí)行元件，電熱片中電阻絲的發(fā)熱會產(chǎn)生熱量提升溫度，電阻絲燒斷則導(dǎo)致加熱片短路，喪失加熱的功能?？赏ㄟ^檢查加熱片阻值狀態(tài)是否正常來判斷加熱片是否有異常情況。

2）可控硅損壞

可控硅是溫控回路的功率級放大環(huán)節(jié)，由可控硅V1和V2構(gòu)成，其損壞則直接導(dǎo)致回路短路或斷路，無法執(zhí)行加熱指令?？蓹z查V1和V2可控硅的正反向阻值，若異常則直接更換。

2.2 T3溫度持續(xù)上升不停止

T3溫度持續(xù)上升不停止主要發(fā)生在慣導(dǎo)精對準(zhǔn)階段，殼快加熱正常工作時，T3溫度會以每秒0.2℃的速率上升，當(dāng)達(dá)到要求值時，計算機(jī)收到回饋信號會切斷快速加熱。當(dāng)快速加熱回路故障時，無法正常切換，將導(dǎo)致繼續(xù)加熱超過閾值，引發(fā)53#故障的出現(xiàn)。殼快加熱故障的主要原因在于繼電器的工作異常和熱敏電阻的損壞。

1）K3繼電器粘連

K3繼電器是加熱回路的控制元件，接收溫控板輸出的殼快切信號，控制115V電源的通斷。當(dāng)K3繼電器發(fā)生粘連后，接通的115V電源會持續(xù)進(jìn)行加熱。通過檢測設(shè)備觀察開機(jī)后有無115VB電源來初步判斷繼電器的好壞，再通過檢查繼電器的上電轉(zhuǎn)換功能是否正常來判斷控制元件是否故障。

2）熱敏電阻損壞

熱敏電阻是精溫控回路的敏感元件，其阻值隨溫度的變化而發(fā)生變化，熱敏電阻的短路和工作不正常將直接導(dǎo)致精溫控回路溫度測量錯誤，使可控硅滿功率工作，從而無法切斷快速加熱，導(dǎo)致出現(xiàn)超溫故障。

2.3 不間斷報53#故障

不間斷報53#故障多發(fā)生在慣導(dǎo)已進(jìn)入導(dǎo)航工作狀態(tài)之后，特別是經(jīng)過了3～6h的長航飛行，若慣導(dǎo)通風(fēng)不暢和環(huán)境溫度監(jiān)測失效，將會出現(xiàn)慣導(dǎo)報故，環(huán)境溫度降低后故障又自動消失，即出現(xiàn)不間斷報53#故障現(xiàn)象，主要原因在于散熱器失效和AD590損壞。

1）散熱器失效

慣導(dǎo)自身工作的環(huán)境溫度高于一般機(jī)件，長時間使用會產(chǎn)生大量熱量，故需對慣導(dǎo)進(jìn)行散熱處理，通過采用托架慣導(dǎo)風(fēng)扇和慣導(dǎo)內(nèi)部攪拌風(fēng)機(jī)吹冷風(fēng)，將熱風(fēng)排出，達(dá)到散熱的目的。當(dāng)散熱器失效或運轉(zhuǎn)不良時，慣導(dǎo)就容易出現(xiàn)不間斷溫度升高報故的現(xiàn)象。

2）AD590損壞

AD590在回路中的作用是監(jiān)測環(huán)境溫度，判斷環(huán)境溫度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，超過標(biāo)準(zhǔn)值則報故提示溫度異常，若AD590損壞或失效則喪失監(jiān)測作用，甚至?xí)霈F(xiàn)誤報的現(xiàn)象。

3 解決措施

通過上文的分析，發(fā)現(xiàn)溫控回路中元器件的損壞和失效是導(dǎo)致慣導(dǎo)報53#故障的重要原因，故需有針對性地進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控和檢查，特別是對易損元器件進(jìn)行重點檢查，詳細(xì)的檢查方法如下。

3.1 加熱片的檢查

常規(guī)修理中，通電檢測前需先對系統(tǒng)進(jìn)行阻值測試，可通過對殼比加熱片、殼快加熱片等涉及加熱片的部位進(jìn)行阻值測試初步判斷加熱片的好壞。其次，還需對加熱片進(jìn)行外觀檢查，肉眼檢查有無燒糊起泡的現(xiàn)象，對阻值與要求值不符和明顯有異常的要重點檢查，及時對燒糊和燒斷的加熱片進(jìn)行更換。

3.2 繼電器/可控硅的檢查

在T3快速上升階段，若115VB電流使溫度達(dá)到要求值而未切斷，應(yīng)重點檢查繼電器的切換功能是否正常，可通過檢查繼電器常開點和常閉點的吸合電壓以及觸點壓降是否正常來判斷繼電器是否工作正常，對異常的進(jìn)行更換。

在T3恒溫階段，若115VB電流未使溫度達(dá)到要求值，依據(jù)加熱電流變化情況，應(yīng)重點檢查可控硅V1和V2是否工作正常，可由萬用表測量可控硅陰極與陽極之間的正反向電阻，兩個阻值均應(yīng)很大，如果測得的阻值很低或近于無窮大，說明可控硅已經(jīng)被擊穿短路或已開路，需進(jìn)行更換。

3.3 托架風(fēng)機(jī)盒和慣導(dǎo)風(fēng)扇的檢查

熱敏電阻持續(xù)暴露在高熱中將導(dǎo)致熱敏電阻永久性的損壞，慣導(dǎo)通過采用風(fēng)扇持續(xù)吹入冷風(fēng)的辦法來達(dá)到散熱目的，故對托架風(fēng)機(jī)盒和慣導(dǎo)風(fēng)扇的檢查尤為重要。

托架風(fēng)機(jī)盒所裝的風(fēng)扇為三相交流軸流風(fēng)機(jī)，在修理中可通過聽聲音來感知風(fēng)扇的運行狀態(tài)，正常情況應(yīng)運轉(zhuǎn)均衡，無強(qiáng)烈震動和異響情況，且停機(jī)時應(yīng)緩慢停止，若轉(zhuǎn)動時有明顯卡滯或異響情況，需對風(fēng)扇進(jìn)行更換。

3.4 AD590的檢查

該型慣導(dǎo)在精溫控回路中使用的是AD590集成溫度傳感器，利用流過它的電流（uA）與熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)的特性關(guān)系達(dá)到測量溫度的目的，工作范圍為-55℃～150℃，具有精度高、線性度好等優(yōu)點。

由于在不同溫度下對應(yīng)的電流輸出不同，故對AD590進(jìn)行檢查時需設(shè)置小型測量電路，通過測量多組溫度下的電壓輸出來判斷AD590的好壞。如圖2所示，在AD590負(fù)極串聯(lián)10k電阻并接地后，在正極上加4～30V范圍的直流電源，測量不同溫度下AD590正負(fù)極端口的電壓輸出，以室溫25℃為例，對應(yīng)電壓測量值V0應(yīng)為2.98V，其他溫度下的電壓輸出應(yīng)與該AD590的電流-溫度特性一致，若不一致則需對其進(jìn)行更換。

3.5 熱敏電阻的檢查

該型慣導(dǎo)所使用的是NTC型負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，具體型號為YSI44006，具有阻值對溫度特性波動小、對各種溫度變化響應(yīng)快的特點，工作范圍為-80℃～120℃，在25℃室溫下的阻值為10kΩ，隨溫度的升高阻值呈非線性的下降，熱敏電阻阻值特性曲線如圖3所示。

通電前的檢查除了需要測量熱敏電阻的通斷外，還應(yīng)重點檢查其阻值特性是否正常。但往往常規(guī)修理只檢查室溫下的阻值，容易忽視對其阻值特性的檢查，存在一定故障隱患，故需在修理中加強(qiáng)對阻值-溫度特性的檢查?？蓪㈦娮柚糜诟叩蜏叵渲?，控制其處于幾個關(guān)鍵溫度，再測量阻值以判斷好壞，包括室溫（25℃）、中溫（40℃）和高溫（60℃）。將各種溫度狀態(tài)下的測量阻值與標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行對照比較，若檢查有明顯差異，需對其進(jìn)行更換。

4 總結(jié)

依據(jù)慣導(dǎo)環(huán)境溫控回路的組成和工作原理，通過典型故障的排除，快速恢復(fù)了產(chǎn)品的完好性，并經(jīng)過針對性的故障分析，提出了有效的預(yù)防措施，制定了對加熱片、風(fēng)扇和繼電器等易損元器件的檢查方法，重點介紹了AD590和熱敏電阻的工作原理，提出了檢測其溫度特性的方法，從而延伸了產(chǎn)品的修理深度，消除了易導(dǎo)致53#故障的潛在隱患，達(dá)到了提高慣導(dǎo)修理質(zhì)量的目的。

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作者簡介

姚金彪，工程師，主要從事航空儀表專業(yè)的修理技術(shù)和理論研究。

邵珠君，助理工程師，主要從事航空儀表專業(yè)的修理技術(shù)和理論研究。