某型飛機電傳操縱系統(tǒng)縱向通道典型故障分析

■ 李東起 劉宏宇 胡禹/空裝駐大連地區(qū)軍事代表室

0 引言

某型飛機操縱系統(tǒng)是一個以電傳操縱為主、機械操縱為輔的“電傳＋機械”混合操縱系統(tǒng)，共有6個操縱通道，分別為縱向操縱通道、橫向操縱通道、航向操縱通道、襟副翼操縱通道、前緣襟翼操縱通道、極限限制通道?？v向操縱為純電傳操縱，控制水平尾翼同步偏轉(zhuǎn)，橫向操縱通道控制水平尾翼差動偏轉(zhuǎn)，航向操縱通道控制方向舵同步偏轉(zhuǎn)，這三個通道均采用了余度技術(shù)。襟副翼操縱通道控制襟副翼同步偏轉(zhuǎn)，前緣襟翼操縱通道控制前緣襟翼同步偏轉(zhuǎn)，極限限制通道對駕駛桿的俯仰操縱進行限制。

1 縱向通道的組成及工作原理

1.1 組成

電傳操縱系統(tǒng)的縱向通道能夠控制左右平尾同步偏轉(zhuǎn)，用于俯仰操縱?？v向通道的組成包括：俯仰桿位移傳感器、俯仰角速度傳感器、法向過載傳感器、動壓傳感器、靜壓傳感器；電傳操縱計算機內(nèi)部的傳動比自動修正計算機、俯仰計算機、俯仰反饋計算機和平尾伺服放大器；舵機。

1.2 工作原理

縱向通道原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 縱向通道原理結(jié)構(gòu)圖

傳動比自動修正計算機根據(jù)動壓信號和靜壓信號對俯仰駕駛桿位移量到平尾偏轉(zhuǎn)量的傳遞系數(shù)ΔKш進行自動調(diào)節(jié)，在ΔKш修正信號表決后（桿修正BKШ表決器），再與俯仰計算機傳送過來的俯仰桿位移傳感器輸出信號Xp相乘，得到ΔKs·Xp信號輸入俯仰計算機。

俯仰計算機根據(jù)電傳控制盒的“傳動比手調(diào)”開關(guān)狀態(tài)將人工Kш信號（手調(diào)方式）或來自傳動比計算機的自動KШ信號（自動方式）與標稱傳動比進行綜合。在飛行狀態(tài)下，對飛行員的操縱量進行限制，然后根據(jù)動壓信號自動對操縱指令進行軟化，限制操縱信號的變化速率；在起飛／著陸狀態(tài)下則不進行限制。信號經(jīng)俯仰計算機表決器表決后，輸入俯仰反饋計算機。

俯仰反饋計算機接收來自俯仰計算機的縱向操縱信號，與經(jīng)動壓信號修正后的ωz和ny反饋信號進行綜合，形成最終縱向通道操縱信號。該信號通過俯仰2表決器（BT2）表決后送到平尾伺服放大器的輸入端。在俯仰反饋計算機中還利用無觸點轉(zhuǎn)換裝置，根據(jù)電傳控制盒上的對應(yīng)開關(guān)位置接通各種工作狀態(tài)的電路：起飛－著陸、飛行、自動、硬連接。

每個通道有兩個平尾伺服放大器，分別用于左右平尾舵機的驅(qū)動與控制，其與平尾舵機、平尾作動筒及相應(yīng)反饋傳感器構(gòu)成縱向通道舵回路，實現(xiàn)對平尾舵機及平尾偏轉(zhuǎn)的伺服控制。平尾伺服放大器同時接收俯仰反饋計算機和平尾差動計算機的輸出信號，與平尾作動筒位置反饋信號綜合后送入左右伺服放大器表決器表決，表決后的信號再與平尾舵機反饋信號綜合，送入驅(qū)動電路，最后送到平尾舵機的控制端。

縱向通道還接收從自動控制系統(tǒng)來的縱向控制信號，在自動控制系統(tǒng)自動操縱飛機時，作為自動控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。

2 縱向通道典型故障分析

2.1 傳感器故障

1）故障現(xiàn)象

飛行過程中，飛行員反映I通道信號燈亮，且無法手動按滅。著陸后地面模擬發(fā)現(xiàn)I通道計算機面板上ВКШ燈亮。

2）故障原因分析

導(dǎo)致故障的可能原因有：對應(yīng)通道電傳操縱計算機內(nèi)部傳動比自動修正計算機故障；靜壓傳感器故障；動壓傳感器故障。

3）故障排查過程

先將I通道計算機和Ⅱ通道計算機對調(diào)檢查，故障依舊，說明該通道的電傳操縱計算機（包括其中的傳動比自動修正計算機）良好。然后將靜壓傳感器I、Ⅱ通道的插頭對調(diào)進行檢查，故障沒有轉(zhuǎn)移至Ⅱ通道，說明該通道的靜壓傳感器良好。

通過以上排查，故障初步定位在動壓傳感器上。

動壓傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示，由底座、殼體、彈性膜片、傳感線圈、鐵芯和銜片組成。鐵芯上繞有一組線圈，該線圈相當(dāng)于輸入線圈，將鐵芯放置在線圈中央圓柱孔中，兩個帶有鐵芯的線圈構(gòu)成線圈組，線圈組分為初級線圈和次級線圈，初次級線圈間有銜片。在進氣口氣體動壓作用下，彈性膜片產(chǎn)生形變，推動銜片上下移動，使初級線圈和次級線圈間的互感發(fā)生變化，次級線圈上的電壓隨之變化，并作為傳感器的輸出信號輸出電壓。

圖2 動壓傳感器結(jié)構(gòu)圖

4）故障定位與排除

針對故障點對動壓傳感器進行以下檢測。

檢測電源供電電壓交流36V/2400Hz，測試結(jié)果為35.8V/2401Hz，電源供電正常。用100V兆歐表分別測量傳感器的所有插針相對于殼體、插針1相對于插針3、插針2相對于插針4的絕緣電阻應(yīng)不小于20MΩ，檢測結(jié)果均為無窮大。供電情況下檢測動壓傳感器的輸出電壓，各給定氣壓差對應(yīng)的輸出電壓值均不符合要求，且超差較大，無線性變化規(guī)律。從動壓傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理分析，結(jié)合故障現(xiàn)象，考慮故障原因為其內(nèi)部彈性膜片變形，導(dǎo)致次級線圈上的輸出電壓不符合要求。

更換動壓傳感器內(nèi)部膜片后調(diào)整銜片，輸出電壓符合要求。

2.2 俯仰反饋計算機故障

1）故障現(xiàn)象

試車至壓力為200kg／cm2以上時，電傳控制系統(tǒng)第Ⅳ通道信號燈亮，按壓該信號燈按鈕燈不滅。

2）故障原因分析

該故障原因可能為：俯仰角速度傳感器故障；法向過載傳感器故障；第Ⅳ通道電傳計算機故障。

3） 故障排查過程

先交換故障通道俯仰角速度傳感器與其他通道的插頭，故障未消失；然后交換故障通道法向過載傳感器與其他通道的插頭，故障未消失；更換Ⅳ通道電傳計算機后，故障消失。

經(jīng)過以上排查，故障初步定位在Ⅳ通道計算機上。

針對故障點對該通道計算機進行以下檢測：采用內(nèi)場專用檢測設(shè)備對該Ⅳ通道計算機進行通電檢測，發(fā)現(xiàn)計算機前面板ВТ2燈發(fā)亮報故；進一步檢測發(fā)現(xiàn)，“起飛－著陸”狀態(tài)下俯仰反饋計算機定中心時，設(shè)備“K13”端子的輸出電壓超差，電壓值應(yīng)為（1.3±0.2）V，實測值為0.7V；調(diào)整俯仰反饋計算機定中心電位計，輸出電壓無變化。更換俯仰反饋計算機后，故障現(xiàn)象消失。

4）故障定位與排除

俯仰反饋計算機用于在縱向通道中引入反饋信號——俯仰角速度和法向過載，反饋信號有阻尼增穩(wěn)作用，可以改善飛行品質(zhì)。根據(jù)俯仰角速度、法向過載和動壓對控制信號進行修正，并將控制信號送到平尾伺服放大器；根據(jù)電傳控制系統(tǒng)工作狀態(tài)，形成工作轉(zhuǎn)換指令，在自動狀態(tài)下根據(jù)起落架收起終點電門控制信號，自動進行起飛（著陸），完成飛行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

動壓信號由R32和R43分別進行動壓斜率和定中心調(diào)節(jié)后，進入148板的X34:7、X34：10經(jīng)信號處理后，由148板送入ВТ-457：А11和ВТ-457:Б21，再分別經(jīng)過D1信號綜合和A2乘法器、D6信號綜合和A1乘法器，通過起飛著陸開關(guān)經(jīng)D7運放比例限幅電路后，送入D8比較器與其他通道的表決輸出信號進行電壓比較。若差值超出門限電壓值，ВТ-457:А6輸出高電平，信號分兩路，一路經(jīng)過ВТ-457:Б6送入檢測設(shè)備，報ВТ2故障；另一路送入產(chǎn)品機箱中的K-45（X28:9），在K-45（X28:6）點亮產(chǎn)品前面板上的“ВТ2”燈，報故燈點亮（ВТ-457故障）。

從圖3可知，電傳計算機前面板電位計R7、R8、R9、R11對ВТ-457電路板進行調(diào)整，其中R7調(diào)整ωz信號斜率、R8調(diào)整ny信號斜率、R9調(diào)整ny信號中心、R11調(diào)整俯仰計算機中心。產(chǎn)品在內(nèi)場檢查調(diào)整電位計R11時，電傳計算機測試儀“K13”端子的輸出電壓為固定值，不受控制，對應(yīng)ВТ-457電路板Б4引腳為調(diào)整R11輸入端。對應(yīng)調(diào)整元件為ВТ-457電路板D7運算放大器。經(jīng)測量D7輸入端電壓會隨著R11電位計的變化而變化，但是輸出端電壓一直不變，更換后產(chǎn)品性能合格。

圖3 反饋計算機電路原理圖

2.3 平尾伺服放大器故障

1）故障現(xiàn)象

電傳控制系統(tǒng)第Ⅱ通道燈亮，通道計算機面板上УСП燈亮。

2）故障原因分析

觀察第Ⅱ通道計算機面板，其上УСП亮。分析可能原因有：相應(yīng)電傳計算機平尾伺服放大器失效；舵機反饋傳感器電路故障；РПД舵面?zhèn)鲃友b置失效。

3） 故障排查過程

將I、Ⅱ通道電傳計算機互換，故障轉(zhuǎn)移到第一通道上；更換Ⅱ通道電傳計算機右側(cè)平尾伺服放大器，故障消失。

根據(jù)以上排查，故障初步定位在第Ⅱ通道計算機的平尾伺服放大器上。

4）故障定位與排除

平尾伺服放大器接收俯仰反饋計算機的輸出信號，并與平尾作動筒位置反饋信號綜合后送入左右伺服放大器表決器表決，表決后的信號再與平尾舵機反饋信號綜合，送入驅(qū)動電路，最后送到平尾舵機的控制端。

從圖4可以看出，電傳計算機前面板電位計R17、R18、R19、R20對右平尾伺服放大器進行調(diào)整，R17調(diào)整右伺服放大器反饋傳感器信號斜率、R18調(diào)整右舵?zhèn)鲃訖C構(gòu)反饋傳感器信號斜率、R19調(diào)整右伺服傳動機構(gòu)中心、R20調(diào)整右舵?zhèn)鲃訖C構(gòu)中心。產(chǎn)品在內(nèi)場檢查右伺服放大器УС-80電路板，在通過調(diào)整R20調(diào)整右舵?zhèn)鲃訖C構(gòu)中心時，無法調(diào)整右側(cè)伺服放大器УС-80電路板輸出，電傳計算機測試儀“K20”端子的輸出電壓為一固定值。進一步分析右側(cè)伺服放大器四路限流器輸出電壓值，發(fā)現(xiàn)限流器輸出1值大于其他三路限流器輸出。表決器由限流器支路組成，每個通道的表決器輸入是一致的，在各通道表決器參數(shù)和結(jié)構(gòu)一致的情況下各通道表決器的輸出也應(yīng)是一致的，因此四路限流器輸出應(yīng)一致，電壓不應(yīng)相差太大。限流器由二極管矩陣和信號源電阻與負載電阻組成，進一步測量該路限流器二極管矩陣，發(fā)現(xiàn)該二極管矩陣故障，更換后產(chǎn)品性能合格。

圖4 УС-80（右）電路原理圖