某型飞机电传操纵系统典型故障分析

2012-01-26楚至濮

装备制造技术 2012年8期

楚至濮

（中国飞机试验研究院机务中队，陕西阎良 710086）

人类社会的生产活动，是一步又一步由低级向高级发展。飞机的操纵系统，也是由低级向高级逐步发展的。自从1903年莱特兄弟采用机械操纵在基蒂霍克完成首次飞行以来，90多年过去了。在这漫长的岁月中，科学技术得到了飞速发展，飞机的操纵系统也随之有了很大发展。到目前为止，先进飞机已经采用了一种全新的操纵系统——电传操纵系统。

1 电传操纵系统的发展概况

20世纪前半期，采用闭环反馈原理的自动控制技术，作为机械操纵系统的辅助手段，其主要作用，是针对已经设计好的飞机钢体动力学特性的缺陷进行补偿，实现精确的姿态和航迹控制，减轻驾驶员长期、紧张工作的负担。

到了20世纪60年代，飞机的发展遇到了一些重大难题。例如：大型飞机绕性机体动弹性模态问题，进一步提高战斗机机动性能和战斗生存性问题等。这些问题仅靠气动力、结构和动力装置协调设计技术，已经不能解决，或者要在性能、净质量、复杂性和成本方面付出巨大代价，才能得到某种折衷的解决方案。

研制设计者将注意力转向采用闭环反馈原理的自动控制技术，通过对一系列单向技术和组合技术的研究、开发和验证，产生了两个具有划时代意义的飞行控制概念：主动控制技术（ACT）和电传飞行控制（FBW）系统，这两项新技术的出现，对飞机的发展产生了巨大的影响。

2 基本组成与简单的工作原理

与机械操纵类似，电传操纵系统分为俯仰、横滚和航向等通道。

典型单通道电传操纵系统，主要由侧杆控制器、杆力（位移）传感器、飞行控制、陀机及其作动器、速度陀螺加上设计、过载传感器、控制/显示接口装置组成。

电传操纵系统的基本特征是：飞行员的操纵杆传感器信号、飞机运动传感器信号和控制面作动器位置信号，全部通过电信号传递。飞控计算机产生控制面偏转角指令，并以电信号的形式，传送给控制面伺服作动器。闭环机动指令控制，通过增加运动传感器反馈回路的增益实现。控制面动作器，根据飞行指令信号与相应传感器测得的飞机运动状态之间的差异或偏差，进行飞机控制，驱动相应的控制面运动，并使飞机能够快速平稳地跟踪飞行员的指令。

3 电传操纵系统的分类

电传操纵系统，一般按照元件的电气分类。

采用了模拟式传感器、模拟式计算机和输入输出设备的系统，被称为模拟式电传操纵系统；

采用了数字式传感器、数字式计算机和输入输出设备的系统，被称为全数字式操作系统；

采用模拟式传感器，数字式计算机的被称为半数字式电传操纵系统。

4 系统的优缺点

4.1 优点

机械操纵系统的系统组合比较复杂，而电气组合比较简单。

采用电气控制的电传操纵系统，很容易实现主操纵系统与其他系统的交连。传统的飞机机械操纵系统，一般都采用中央驾驶杆，而电传操纵系统则可采用小侧杆操纵，这样既可减轻飞行员的工作负担，又可使飞行员观察仪表的视线，不再受中央驾驶杆的影响，同时也消除了重力加速度对飞行员和驾驶杆输入量的影响。

电传操纵系统可有效地减轻操纵系统的重量。一般情况下，采用电传操纵系统后，可减少原机械操作系统所占有空间的50%。电传操纵系统可提供作战飞机的战伤生存力。电传操纵系统采用多余度设计后，可在机翼和机身内分散布置其总线。若以电气方式提供能源，即采用“动力电传”，可有效地提供战伤生存力。

4.2 缺点

单通道电传操作系统的可靠性不够高。为了提供电传操作系统的可靠性，现代军用和民用飞机均采用三余度或四余度电传操作系统，并利用非相似余度技术设计备份系统。

电传操作系统的成本较高，需要进一步简化余度和降低各部件的成本。电传操纵系统容易受雷击和电磁脉冲干扰影响。所以，电传操纵系统需要解决雷击和电磁脉冲干扰的危害。

此外，由于现代飞机越来越多的采用复合材料，其使用率可达30%左右，这样系统中的电子元件失去金属蒙皮屏蔽保护，故抗电磁干扰和抗核辐射问题更为突出。

5 故障分析

通过一起飞机通道报故障原因，对此进行分析。

（1）摘要。电磁控制系统是一个以电传控制为主、机械操纵为辅的“电传+机械”混合操纵系统。从功能上，电传控制系统由6个控制通道，分别完成俯仰操纵、倾斜操纵、航向操纵、襟副翼操纵、前缘襟翼操纵、以及极限限制功能，纵向操纵通道为四余度电传控制通道，通过驾驶员纵向操纵驾驶杆产生的俯仰杆位移信号，或自动控制系统输入的控制信号，控制水平尾翼的同步偏转。

（2）故障现象。某型飞机上液压通电检查，座舱内电传1通道灯亮，电传计算机面板上“左伺服”灯亮。

（3）系统的组成及工作原理。传系统俯仰操纵通电的组成，主要有驾驶杆纵向位移传感器、法向过载传感器、俯仰角度速度传感器、静压传感器、动压传感器、俯仰计算机以及左、右平尾伺服放大器、左、右平尾舵机和左、右平尾作动筒组成。

飞机的纵向操纵，是由左右水平尾翼的同步偏转来实现的，它们取决于驾驶杆的纵向偏转，驾驶杆的机械位移，经过纵向杆位移传感器转变成电信号，电传操纵系统计算机又将此电信号传给舵机的分配机构，分配机构为液压作动筒分配液压油，电信号的极性不同，会使作动筒的活塞杆伸出或缩进，从而推动舵面偏转，实现由驾驶杆到平尾的运动传递。

（4）原因分析。一是I通道纵向电传控制计算机左平尾伺服放大器（YC-80）故障；二是I通道电源组件故障；三是左舵面传动装置失效；四是左平尾舵机反馈传感器电路故障；五是I通道电传计控制计算机故障。

（5）相关检查。飞机通电上液压检查1通道灯亮，电传计算机面板报“左伺服”故障。首先为了验证1通道电传计算机是否故障，把1通道计算机安装在2通道位置，通电上液压检查故障复现，所以判断1通道计算机故障，在和成品所技术员分析后，一致认为，可能是1通道电源组件故障，造成安装在1通道位置上的计算机故障，更换1通道计算机和电源组件，通电检查系统工作良好，上液压检查，飞机仍然报“左伺服”故障，1通道故障灯亮。

分析认为，1通道的线路短路，造成安装在1通道的计算机烧坏，对1通道的线路进行绝缘测量（同时对故障的2台计算机进行返厂修理），测量结果良好，对舵机反馈传感器进行测量，结果良好。

当测量左平尾舵机时，发现1通道电磁阀线圈的电阻值偏小（因无法在舵机工作情况下进行线圈阻值的测量），同时返厂的计算机，修理反馈的信息是2台计算机的（YC-80）板烧坏。梳理整个排故过程和分析（YC-80）板烧坏的原因，更换左平尾舵机，通电上液压检查，系统工作正常，故障消失。

（6）故障原因。电传计算机内，插件板（YC-80）的R52电阻器开路，造成计算机报“左伺服”故障，（YC-80）的R52电阻器开路的原因，分析后，认为在飞机静止状态下，平尾舵机各伺服阀不工作，故测1通道线圈有一定的电阻，而在飞机上液压，通电舵机工作的情况下，1通道伺服阀线圈有可能短路，造成（YC-80）的R52电阻器开路。

（7）相关原因导致的现象。飞机平尾舵机相应通道伺服阀线圈隐性故障，在静止状态下无法表现出来，而在实际工作状态下，输出电流值过大，造成相应的计算机板路故障。

例如在这里讨论的某型飞机1通道报故，就属于典型的隐性故障。故障现象是飞机上液压通电检查，座舱内电传1通道灯亮，电传计算机面板上“左伺服”灯亮，原因就是在静止状态下表现不出来的，而在舵机工作的情况下，线圈阻值变小，输出电流值过大，造成1通道的计算机（YC-80）板子故障。