创新技术在某型飞机飞行控制系统修理上的应用

张 清

（中国人民解放军第5720工厂,安徽芜湖 241007）

创新技术在某型飞机飞行控制系统修理上的应用

张 清

（中国人民解放军第5720工厂,安徽芜湖 241007）

通过分析某型飞机飞行控制系统修理中创新技术的案例,梳理飞机修理技术创新的思考角度和应用方法。

创新技术;飞机修理

某型飞机充分运用翼身融合技术和主动控制技术改变飞机飞行控制系统传统的设计方法,在设计之初就综合考虑飞行控制技术对飞机的影响。采用电传操纵系统设计作为飞行控制系统设计基础,极大地方便了主动控制功能的应用。

某型飞机飞行控制系统,包括航行驾驶系统和驾驶导航系统两大部分。航行驾驶系统包括自动控制系统、电传操纵系统和机械操纵系统;驾驶导航系统包括速度-高度综合信息系统、惯导分系统、近距导航分系统、导航计算机,各系统之间交联信号复杂,同时与液压、综合显示、外挂等多系统关联,系统较为复杂。因此,飞机飞行控制系统的修理过程必然是在不断认知的基础上探索使用新方法的过程。本文结合工作实际,举例说明该型飞机飞行控制系统的修理过程中运用新知识、新理念与新方法的一些体会。

1 调试方法在三相晶闸管调速系统上的应用

某型飞机电传操纵系统的设计,主要采用了放宽静稳定性和边界控制这两项主动控制技术。在纵向和横向控制飞机,采用双内环舵面稳定回路和双外环飞机控制回路,保障飞机所需要的稳定性和可操纵性,并防止飞机超出极限迎角和极限过载。为提高电传操纵系统安全性与任务可靠性,采用余度设计是一种重要手段,其余度安排如下：

1）纵向操纵通道：四余度,控制水平尾翼同步偏转;

2）倾斜操纵通道：四三混合余度,控制水平尾翼差动偏转;

3）航向操纵通道：三余度,控制方向舵同步偏转;

4）襟副翼操纵通道：无余度,控制襟副翼同步偏转,当作襟翼用;

5）前缘襟翼操纵通道：无余度,控制前缘襟翼同步偏转;

6）极限限制通道：无余度,限制对俯仰杆的操纵。

采用余度技术提高产品的可靠性,主要是依赖系统的实时监控技术。飞机电传操纵系统为此设计了多级故障表决环节,节节监控,从而保证各余度能协调工作。如纵向通道有四级电气表决加上一级机械表决,航向通道有三级电气表决加上一级机械表决。

电传操纵系统各检查工艺卡相对独立,选取的测量输入点和输出点也不同,仅是分类编号,不是按调试规程编号。如何安排调试顺序、如何把握各环节整定点使系统各环节协调地控制飞机,保证其稳定裕量和良好的操纵性,决定了飞机电传操纵系统的调试质量。

三相晶闸管调速系统的调试中,必须把握的关键技术有以下几点：[1]

1）对开环回路,可以按顺序调整好各环节并考虑协调性;

2）触发信号的时序应精准,保证晶闸管的关断与导通能随三相电源相位相同步对应,保证换相时不会产生相间短路或瞬间短路,避免晶闸管瞬时过载而过热和失效击穿,避免晶闸管短路而直接烧坏,无论晶闸管是瞬时短路还是直接短路烧坏,都是触发信号的时序不能对应同步三相电源相位而造成的;

3）在负载电流调整时,一般晶闸管至少保留25%的安全余量甚至更多,防止因干扰影响产生瞬时过载造成晶闸管失效;

4）先调内环,后调外环。

对比三相晶闸管调速系统,电传操纵系统有以下相同点：

1）驱动部件是直流电动机,飞机舵机因液压的单向性,两者数学模型等效相似;

2）电传是四余度设计,要求各通道工作同步,防止舵机通道间产生力纷争,造成舵机易过载失效,正如三相晶闸管调速系统要求触发信号与电源的相位同步,防止晶闸管过载失效;

3）两者都有稳定余量要求,飞机电传操纵系统则是通过传动比的调整,来保证安全余量,同时也保证作动筒的行程余量;

4）经过对电传操纵系统原理图分析,弄清每个工艺卡的检查内容以及要达到的目的,认为两者都是积分无差控制系统,所以参数调整思路可以借用,无论是开环电路的环节调整,还是先内环后外皮环的调整原则。

根据以上分析,借用三相晶闸管调速闭环控制系统成熟的调试经验和分析问题的思路,从首修开始就关注两个主要问题,一是调整顺序的问题,二是参数指标的控制问题。具体做法如下：

1）根据余度设计安排,认为余度通道同步性应是各环节指标一致性情况决定的,余度通道各环节的参数调整不仅要求在范围内,而且要求尽量一致。

2）理解伺服传动装置工作同步性工艺卡是反映伺服传动装置工作同步性调整情况,工艺要求同步性指标为通道误差不大于0.6 V,当通道误差瞬时超过0.8 V,系统就会报故障并点亮通道故障灯。一方面为保证在复杂环境下安全裕量,另一方面减少力纷争,减少舵机的疲劳失效率,要求将指标通常控制在不大于0.4 V。

3）分析电传控制原理图模拟电路关联特点和工艺卡《平尾舵机传动装置的调整和检查》、《方向舵伺服机构的调整和检查》各分步内容,安排各传感器的调整内容应在舵面传动装置调整之前完成,同时按照先内环后外环的原则,先调舵稳定回路,后调角速度反馈回路,最后再调整过载反馈回路。

通过以上做法,在修理开始阶段很大程度弥补了当时经验的严重不足和对工艺卡理解不透等方面缺陷,从而保证修理出厂的某型飞机具有良好的操纵性能,保证飞机在部队的有效出勤率。

2 可靠性设计原则在调整极限限制通道上的应用

电传极限限制通道的作用,是当飞机在飞出安全包络曲线时,限制对俯仰杆的操纵,给定保证安全飞行的边界条件。调整好极限限制通道的工作十分重要,有利于飞行员的操纵感觉和安全提示。[2]

在某型飞机修理依始,由于缺乏经验,基本不知如何调整电传极限限制通道。当时部队专业分工是电气参数由特设专业调整,限动器间隙则由机械调整,部队日常维护时也很少调整,无经验可以借用,同时引进俄方工艺卡存在问题,标准不明确,甚至连外方专家也难以按工艺卡来操作。

某双座机开始进工厂修理,开始按单座机部队接收标准来调试飞机,发现难满足间隙、电气参数、中立位置抖杆的要求,调整几天都未能成功,调试陷入僵局。产品的可靠性设计,不仅指产品的可靠度,还包括产品的维修性,其中80%产生于产品的设计阶段。作为第三代典型战机,维修性不可能这么差,冷静下来,分析可能是选择技术指标不对,才使调试如此困难。于是通过积极查找技术指标,终于在УБК飞机操纵系统技术使用指南第4册第4分册工艺卡3第11项中找到“推驾驶杆,使其由中立位置偏转约6°,平稳地拉驾驶杆,使其偏转,直到出现驾驶杆抖动,然后量出角度,应为1.5°± 1°”的文字表述,找到了两机型指标的不同,深刻体会到传统的割裂的专业分工模式的局限性,创新性地总结了一套完整的调试方法,同时也弄清楚部队单座机维护时检查极限通道方法的理论根据。调试方法的创新与改进,使得调试时间大大缩短。

3 虚拟技术在检测设备上的应用

虚拟面板技术目前已广泛应用民用产品上,这种新技术能够利用软件技术,在计算机面板上用图形模拟器件实现其功能,它可以通过减少器件来增加产品可靠性,减少产品的维护成本,实现起来方便可靠。[3]

某型飞机的检测设备多由开关、转换开关、旋转电位计、表头等组成,不仅可有效实现工艺卡规定项目检查,而且还可方便地利用一些（故障）检查技巧来判断故障,同时很多检查因为产品监控控制设计的限制难以利用自动检查方式。为了更好地利用这些故障判断手段,采用虚拟技术研制了电传操纵系统检查仪代替俄制检测设备ПП-184检查仪,研制了自动控制系统检查仪代替俄制检测设备КИП-195、ПИ-196操纵盒,研制了惯导设备检查仪代替了ПНК-7检查仪。[4,5]采用虚拟面板技术,开关、转换开关、旋转电位计、表头等元器件均由软件生成,使得设备更好地服务于修理现场和故障分析,使得设备维护更加简便、故障率降低、使用寿命增加。

4 分析工具在惯导系统航向逼近法检查上的应用

使用航向逼近法检查某型飞机惯性导航系统Ц-060的误差,此方法在引进的技术使用资料中查不到,据说是外方专家经常使用的,虽然该方法操作方便,但存在下列问题：

1）控制标准不一;

2）不清楚原因和产生机理,难以改进;

3）有输入当前航向来检查的方法,有输入磁偏角来检查的方法,方法不一。

因此,经常检查出航向偏差超差而不知其产生偏差原因,以至于束手无策,未能有合理的解决方法,这是公认的一个难题。

为了彻底解决这一技术问题,工厂成立攻关项目组,制定两条腿走路的方案,一方面研究操作方法的工作机理和正确性,另一方面研究航向偏差的产生原因,只有查出原因,才能找出解决问题的办法。我们通过学习、咨询、分析、试验结合的技术手段,采用故障树分析工具将引起偏差的理论原因,按照工厂的工艺分工、工序安排细分偏差产生因果关系,找出每一步的控制点,再分析控制的好坏结航向偏听偏信差的影响,使之一一关联起来,逐步摸索航向逼近法的机理、方法、偏差原因,形成了一套检查方法,理解了使用航向逼近法检查苏飞机惯性导航系统Ц-060的误差的工作机理,总结了一套在工厂行之有效的控制流程和方法,超差时也能很快知道原因所在。

通过项目的实施,我们弄清楚偏差产生原因涉及到四个方面：一是产品修理质量;二是Ц-060系统工具误差;三是惯导平台底板安装精度控制;四是磁罗差误差,分别涉及到特设车间、总装车间、试飞站,依照故障因果关系图,将系统的控制技术指标,划分为各环节的控制指标,不仅明确了控制指标,也指明了问题分析的方向。目前大修飞机出厂都能保证符合航向逼近法所规定的偏差要求。

5 自主创新设计在苏某型飞机惯导校准工装上的应用

由于国内未引进某型飞机惯导平台安装校准工装,也没有工装图样,早期某型飞机惯导平台安装校准,还可以通过安装螺栓不分解、水平校准、外场校罗差相结合的方法替代,此方法中“水平校准”由于没有校准工装,只能是局部水平度代替了整个底板的水平度,工作复杂且很难调到真正的水平状态。[6]

为彻底解决此问题,我们通过逆向思维,捕捉某型飞机惯导校准工装设计思想,通过测量、分析反求惯导校准工装设计原理,通过设计、试验、验证等手段,自行研制了某型飞机惯导平台安装校准工装。

6 新工艺新方法在罗盘场改造工程上的应用

工厂旧罗盘场当时仅针对老旧型号飞机设计,无论是承载还是旋转半径都不适应国内重型战机校罗差的需要;同时外方技术使用指南规定校罗差时,电源车距离飞机不少于15 m,某厂电源车的电缆多未采用输出屏蔽同时总长度不足12 m,易引起电磁干扰。即使采用制造厂校罗盘用150 m长的电源电缆盘绕飞机方式,也存在断线而缺相、电缆过重、使用不方便等诸多缺陷。

为解决上述问题,某厂自主设计了一种飞机罗差校准场地的中心转盘装置,采用了大承载轴承新技术和积木式装配技术,以及采用滑环装置新方法和密封圈和发泡密封胶双重密封工艺进行防潮设计,使得连接器（2个,27 VDC+115/208 VAC）随飞机转动,这样转接电缆相对飞机是静止的,就可以做得很短,避免了超长电缆盘绕飞机形成的大线圈产生的电磁干扰,相对静止的转接电缆也不易损坏。同时地面电源车可以远距供电,大大超过不小于15m的技术要求,减少了电源车这样一个大铁磁物体对磁罗差与无线电罗差的影响。具体功用如下：

1）中心转盘装置采用了大承载大面积端面滚珠轴承新技术,设计了转盘机构,能够满足重型战斗机校准罗差时需要转动飞机的要求。

2）中心转盘装置采用了中心滑环装置,完成电源双余度地下传输,减少电源车对罗差校准的影响。

3）中心转盘装置采用积木式组装设计技术,实现转盘与中心滑环装置在地坑内组装,方便了罗盘场的维护和修理。

7 结束语

飞机在修理时虽然依据的是制造厂的技术文件,难以变更,而修理活动是要保持和恢复装备规定的工作能力,要达到此目的,技术创新的不断应用才是致胜的法宝,是企业长久发展的必然选择。

本文仅分析了飞机飞行控制系统修理中纯技术创新应用的一些案例,不论在检测技术、材料替代、工具工装设计、修理方法、能力建设,还是调试与排故等日常修理活动,技术创新对专业技术问题的解决都起着巨大的作用,并有着明显的效果。

[1]郎霍夫◦拉茨.直流调速传动整流和调节技术的实际应用[M].俞静涛,译,北京：煤炭工业出版社,1980.

[2]施继增,等.飞行操纵与增强系统[M].北京：国防工业出版社,2003.

[3]张重雄.虚拟仪器技术分析与设计[M].北京：电子工业出版社,2007.

[4]Cлстетмыднстанционнотоуправлениясду-10с.Сду -10у6с1.600.084-01рэ1986.

[5]ИзДелиец-060Рухническойэксплуатации6д1.790. 104рэЧастб3 1986.

[6]张宗麟,等.通过飞机停放航向判断惯导平台漂移误差方法的研究[J].中国惯性技术学报,2000,（4）.

[编校：张芙蓉]

The Application of Innovative Technology in Flight Control System Repair of a Certain Aircraft

ZHANGQing
（The People's Liberation Army Of China No.5720 Factory,Wuhu Anhui 241007）

Through the analysis of the innovative technology case in a certain aircraft's flight control system repair,the article abstracts and clears up the thinking angle and application methods for technique innovation in aircraft repair.

innovative technology;aircraft repair

V 249

A

1671-9654（2010）02-026-04

2010-05-28

张清（1966-）,男,安徽桐城人,高级工程师,研究方向为飞行控制。