某型飛行模擬機(jī)操縱負(fù)荷系統(tǒng)典型故障分析與排除

摘要：以某型A320全動飛行模擬機(jī)液壓操縱負(fù)荷系統(tǒng)為研究對象，對剎車系統(tǒng)加載組件漏油及抖動故障進(jìn)行深入分析，找到故障產(chǎn)生的根本原因并排除。通過模擬機(jī)鑒定測試指南對排除結(jié)果進(jìn)行驗證，對維護(hù)工作提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：飛行模擬機(jī)；操縱負(fù)荷；加載組件；鑒定測試指南；數(shù)字飛行控制

Keywords：flight simulator；control loading；load unit；QTG；DFC

0 引言

操縱負(fù)荷系統(tǒng)是飛行模擬機(jī)的重要組成部分，為飛行員提供方向舵、剎車等飛行控制部件的仿真操縱負(fù)荷效果，包括力、位置等。因此，操縱負(fù)荷系統(tǒng)的仿真性、穩(wěn)定性等操縱品質(zhì)直接影響飛行訓(xùn)練的效果。在民航局發(fā)布的規(guī)章CCAR 60-R1《飛行模擬訓(xùn)練設(shè)備管理和運(yùn)行規(guī)則》及相關(guān)咨詢通告中，對飛行模擬機(jī)操縱負(fù)荷系統(tǒng)的操縱品質(zhì)有明確要求。該系統(tǒng)是局方鑒定飛行模擬機(jī)是否滿足相應(yīng)性能等級的重點。

1 故障現(xiàn)象

對某型A320全動飛行模擬機(jī)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)右側(cè)剎車踏板液壓加載組件存在漏油現(xiàn)象，同時該組件作動筒持續(xù)輕微抖動。操縱負(fù)荷系統(tǒng)液壓卸載后抖動消失。重新加載操縱負(fù)荷系統(tǒng)，抖動仍然存在。通過人工踩壓該剎車踏板進(jìn)行主觀測試，未感覺明顯異常；根據(jù)模擬機(jī)鑒定測試指南（QTG）對剎車系統(tǒng)相關(guān)項目進(jìn)行客觀測試，結(jié)果顯示剎車壓力正常，但踏板力略微超差。

2 系統(tǒng)工作原理

該型飛行模擬機(jī)液壓操縱負(fù)荷系統(tǒng)包括方向舵、剎車、應(yīng)急起落架、安定面配平等子系統(tǒng)。剎車子系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)由剎車踏板、連桿機(jī)構(gòu)與加載組件組成（見圖1）。加載組件包括液壓作動筒、伺服閥、位置傳感器、力傳感器等部分，用于模擬真實飛機(jī)的剎車系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，幫助剎車踏板實現(xiàn)踏板力及位置等操縱負(fù)荷效果。

如圖2所示，當(dāng)飛行員踩壓剎車踏板時，踏板力通過連桿機(jī)構(gòu)作用至加載組件（Load Unit）。加載組件上的力（MT1）和位置傳感器（LT1）將得到的模擬信號經(jīng)緩沖器（Buffer Unit）縮放后，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換板（ADIO）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再發(fā)送至浮點運(yùn)動控制板（FPMC）。浮點運(yùn)動控制板將輸入的力信號通過內(nèi)置的飛行控制仿真數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計算，得到期望位置信號，并與輸入的實際位置信號進(jìn)行比較，根據(jù)二者的差值計算出伺服閥的數(shù)字控制信號。該控制信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和緩沖后驅(qū)動伺服閥（L1），使作動筒運(yùn)動，從而帶動剎車踏板移動到期望的位置。新的實際位置信號再次與期望位置信號比較，計算新的伺服閥控制信號，如此反復(fù)，直到實際位置為期望位置。

3 故障分類

通過對剎車操縱負(fù)荷系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行分析，結(jié)合日常維護(hù)經(jīng)驗，可將其常見故障按來源分為硬件故障和軟件故障，詳細(xì)分類見表1。

4 故障分析及排除過程

4.1 故障分析

該故障可分解為三類操縱負(fù)荷系統(tǒng)的典型故障：作動筒抖動、作動筒漏油和踏板力超差。正常狀態(tài)時，剎車系統(tǒng)加載組件的作動筒應(yīng)保持靜止，只在踏板被踩壓時移動。而該組件由于某種原因持續(xù)抖動，進(jìn)而造成漏油。檢查剎車踏板、連桿及加載組件連接正常無卡阻，各類電路板、線纜、插頭等均固定牢靠，無接觸不良現(xiàn)象。由于剎車功能基本正常，可排除各部件完全失效的情況。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，較大可能的原因是剎車系統(tǒng)由于長期使用，機(jī)械過度磨損及電路老化等因素造成力偏移及摩擦力變化、傳感器參數(shù)失真，破壞了伺服回路的平衡。一方面使踏板力超差，一方面使作動筒不能穩(wěn)定在期望位置而發(fā)生抖動。長期抖動造成作動筒磨損加劇，從而發(fā)生漏油。

4.2 故障排除

由于加載組件漏油較為嚴(yán)重，只能更換。根據(jù)飛行模擬機(jī)維護(hù)手冊，操縱負(fù)荷系統(tǒng)更換部件后，應(yīng)根據(jù)所換的部件進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)（見表2）。調(diào)節(jié)必須嚴(yán)格按照手冊的順序和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，做到細(xì)致而準(zhǔn)確，必要時應(yīng)反復(fù)調(diào)節(jié)以達(dá)到最佳效果。如果換件后不作調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)不到位，會使操縱品質(zhì)下降，甚至發(fā)生抖動、卡阻等嚴(yán)重問題。從表2可知，更換加載組件后，應(yīng)完成除傳感器檢查以外的所有調(diào)節(jié)。

調(diào)節(jié)是通過數(shù)字飛行控制軟件DFC（Digital Flight Controls）進(jìn)行的，該軟件可對操縱負(fù)荷系統(tǒng)的各通道（剎車等子系統(tǒng)）進(jìn)行變量監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置，常用的模塊包括TUNE和 CALIBRATION等。其中，TUNE用于監(jiān)控伺服控制器變量和調(diào)節(jié)伺服回路參數(shù)；CALIBRATION用于校準(zhǔn)從加載組件到飛行員操縱部件（如踏板）的力和位置信號。

4.3 結(jié)果測試及驗證

1）主觀測試及驗證

完成調(diào)節(jié)后，保存調(diào)節(jié)結(jié)果，重新裝載模擬機(jī)，對剎車系統(tǒng)進(jìn)行人工主觀檢查。觀察剎車踏板、連桿機(jī)構(gòu)及加載組件，無異常抖動。緩慢踩壓及松開踏板，感覺整個行程踏板力正常，無抖動、卡阻等現(xiàn)象。

2）客觀測試及驗證

運(yùn)行QTG測試，對剎車系統(tǒng)操縱品質(zhì)進(jìn)行客觀評估。主觀測試存在各人感受不同的問題，需結(jié)合客觀測試進(jìn)行驗證。QTG是民航局鑒定模擬機(jī)時使用的主要評估方式之一，其采取定量分析方式，能反映模擬機(jī)性能的細(xì)微變化。根據(jù)《飛機(jī)飛行模擬機(jī)鑒定性能標(biāo)準(zhǔn)》，對剎車系統(tǒng)操縱品質(zhì)的靜態(tài)操縱進(jìn)行檢查，需要測試剎車踏板位置與踏板力和剎車系統(tǒng)壓力的關(guān)系，其中踏板力的容差為±2.22daN（5磅）或±10%。運(yùn)行相應(yīng)測試項，對比剎車踏板位置與踏板力（見圖3），可以看出：調(diào)節(jié)前，踩壓踏板時，實測踏板力略大于參考的飛機(jī)數(shù)據(jù)；松開踏板時，實測踏板力整體偏低，尤其在12？位置附近已超差。在這種情況下，訓(xùn)練可能對飛行員造成負(fù)面影響。調(diào)節(jié)后，踏板力在踩壓和松開踏板的各個位置均與參考的飛機(jī)數(shù)據(jù)高度匹配，表明剎車系統(tǒng)的靜態(tài)操縱品質(zhì)符合鑒定性能標(biāo)準(zhǔn)，滿足訓(xùn)練需求。

5 維護(hù)改進(jìn)措施

綜上所述，該故障是由操縱負(fù)荷系統(tǒng)自身的過度磨損及老化引起的，但也與檢查不夠仔細(xì)、調(diào)節(jié)不及時等有一定關(guān)系。為保證飛行模擬機(jī)操縱負(fù)荷系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，除應(yīng)嚴(yán)格按照維護(hù)手冊進(jìn)行維護(hù)外，還需注意以下三點，及時發(fā)現(xiàn)故障的早期征兆，將故障消除在萌芽狀態(tài)。

1）增加檢查廣度和深度

從位置方面，檢查不能局限于飛行員操縱端，還應(yīng)深入機(jī)身內(nèi)部，檢查連桿機(jī)構(gòu)及加載組件；從方式方面，除了目視，還應(yīng)通過耳聽（是否有異常噪音）、手觸（是否有異常抖動或發(fā)熱）及鼻嗅（是否有異味）等方式，進(jìn)行深入細(xì)致的檢查。在本案例中，先發(fā)現(xiàn)漏油，進(jìn)一步檢查才發(fā)現(xiàn)抖動問題。雖然存在組件抖動小、腳踏不敏感、位置不便檢查等客觀因素，但如果檢查足夠仔細(xì)，早發(fā)現(xiàn)抖動、早調(diào)節(jié)，可有效延長組件壽命。

2）善用QTG測試

維護(hù)人員應(yīng)會判讀并應(yīng)用QTG測試結(jié)果定位故障和制定維修方案。判讀時，與局方認(rèn)可的主鑒定測試指南（MQTG）及上次的QTG結(jié)果進(jìn)行對比，檢查是否超差，必要時對相應(yīng)的硬軟件進(jìn)行專項檢查，根據(jù)檢查結(jié)果及時維修或調(diào)節(jié)。對于關(guān)鍵參數(shù)，即使未超差，如果在最近幾次測試中該參數(shù)不斷惡化，應(yīng)給予重點關(guān)注。通常需運(yùn)行QTG測試的情況有：

a.按局方要求每年完成所有QTG測試，并在定期鑒定時完成抽查QTG測試；

b.在主觀測試或其他檢查中懷疑系統(tǒng)有問題時，運(yùn)行QTG測試進(jìn)行驗證；

c.換件或調(diào)節(jié)前后，運(yùn)行相關(guān)QTG測試，對比結(jié)果以驗證系統(tǒng)操縱品質(zhì)變化。

3）及時進(jìn)行硬軟件調(diào)節(jié)

操縱負(fù)荷系統(tǒng)在長期使用中，由于機(jī)械磨損、電路老化等原因，造成穩(wěn)定性及仿真性不斷變差，其中最容易變化的是力偏移及機(jī)械摩擦。維護(hù)工作中，應(yīng)根據(jù)日常及定期檢查結(jié)果，及時對操縱負(fù)荷系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的硬軟件調(diào)節(jié)，以持續(xù)保持其操縱品質(zhì)，保證飛行訓(xùn)練質(zhì)量，還可減少系統(tǒng)的進(jìn)一步磨損，降本增效。

參考文獻(xiàn)

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[3] CAE Inc.A320 Full Flight Simulator Maintenance Manual-Control Loading [Z]. 2013.

作者簡介

楊紅建，工程師，主要從事飛行模擬機(jī)維修及運(yùn)行管理工作。

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