民用飞机高升力系统故障监控分析

曹俊章

摘 要：通过对国外大型民用飞机高升力系统资料的研究，对典型的高升力系统故障监控方案做了简要分析。对民用飞机高升力系统故障典型故障方案进行了介绍，同时详细阐述了包括设备故障与系统故障监控的典型逻辑，对于民用飞机高升力系统设计有一定的指导作用。

关键词：高升力系统；故障监控；设备故障；系统故障

中图分类号：V267 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）20-0032-02

高升力系统是大型民用飞机的关键分系统之一，由前缘翼面、后缘翼面及其驱动装置组成。包括A320、A340、B737等国外大型民用飞机的高升力系统基本都是由机翼上左右对称的五块前缘缝翼和两块后缘襟翼组成[1]。它们的作用是通过缝翼向下前伸和襟翼后退偏转，改变机翼弯度和面积，增加飞机起飞时的升力和着陆时的升力和阻力，从而，缩小飞机起飞和滑跑距离。此外，后缘襟翼还可以提高在低速飞行时的升力，前缘缝翼增加机翼弯度和面积改善失速特性。由于高升力系统对飞机安全的重要作用，因而高升力系统的故障监控显得非常重要，本文主要分析目前国外大型民用飞机高升力系统故障监控方案。

1 民用飞机高升力系统故障形式

高升力系统的故障形式可分为设备故障和系统故障。设备故障主要指高升力系统的主要部件故障，具体包括高升力系统计算机故障，各种传感器故障，传动系统故障和作动器故障等。系统故障则通常指由于一个或多个部件故障导致的系统功能失效，主要包括襟翼/缝翼欠速、非对称、倾斜和非指令故障。

2 民用飛机高升力系统典型故障监控方案分析

本文以采用两个独立高升力计算机的双通道高升力系统为例，进行故障监控方案分析。这种方式是传统的高升力系统布置方式，结构清晰、简单，容易实现，技术成熟。通常每个高升力计算机可包括2个核心计算模块和1个核心控制模块。2个核心计算模块分别为指令模块和监控模块，单个核心控制模块能够控制襟翼和缝翼的功能。每个高升力计算机通常是物理隔离的，保证一个高升力计算机发生故障时不影响另一个高升力计算机的正常工作。

2.1 设备故障监控

（1）传感器故障监控。高升力系统传感器故障主要包括控制手柄传感器、位置和倾斜传感器。控制手柄传感器通常采用电位计，通过电位计将手柄角度转换为电信号，将机组成员指令输入高升力系统。高升力计算机通过比较指令模块和监控模块的手柄位置信号差值来进行故障监控，若信号差值在一定持续时间内大于设定阈值，则判定该信号无效。位置和倾斜传感器可以采用角度解算器（Resolver）和线位移传感器（LVDT）。Resolver的故障监控，核心计算模块通过将其正弦信号和余弦信号的平方和进行判断来进行，具体过程如下：如果平方和大于规定最大值或信号小于规定最小值则设定值为真，否则监控标识为假；如果设定值为真的时间大于限定时间，监控标识为真，此时监控锁定。LVDT的故障监控，核心计算模块通过将2个电压信号A和电压信号B求和与输出电压来判断，具体过程如下：信号和=（电压信号A+电压信号B）/输出电压，如果信号大于规定最大值或信号小于规定最小值，则设定值为真，否则监控标识为假。如果设定值为真时间大于限定时间，监控标识为真，此时监控锁定。

（2）传动系统故障监控。襟翼/缝翼传动线系通常包括带万向节扭力管、角齿轮箱和轴承支座等。扭力管用于传递动力单元（PDU）的输出动力给作动器。角齿轮箱用来改变机翼传动线系在机翼上的角度，以配合机翼的角度。安装的轴承支座来支撑扭力管。传动系统发生故障主要包括脱开和卡阻，脱开会导致左右翼面非对称故障，卡阻会导致襟/缝翼欠速故障，非对称和欠速的故障监控详见系统故障监控。

（3）作动器故障监控。襟翼/缝翼作动器的作用是将PDU经扭力管传递过来的动力进行机械转换，驱动翼面运动。作动器的故障，将导致卡阻或翼面倾斜，通过位置传感器能够监控卡阻，通过倾斜传感器能够监控翼面倾斜故障。

2.2 系统故障监控

（1）襟翼/缝翼非对称故障，主要指飞机两侧的襟翼/缝翼运动不一致。襟翼/缝翼非对称故障监控可以通过比较来自左右翼面间的Resolver信号。以襟翼非对称故障监控为例，监控包括对襟翼运动速度和翼面位置的监控，采用左右襟翼位置信号作为输入，同时需要相关起落架收放信号，如图1所示。无论速度监控还是位置监控，一旦故障发生，都将判断襟翼非对称，将该通道襟翼PDU电磁阀和左右翼尖刹车电磁阀断电。由于非对称监控通过双通道分别进行，若双通道均正常工作，则在发生非对称故障时，双通道襟翼PDU电磁阀和左右翼尖刹车电磁阀均断电，襟翼翼面锁止。

（2）襟翼/缝翼倾斜故障，主要指单侧襟翼/缝翼运动不一致情况。襟翼/缝翼的倾斜监控可以通过比较来自不同翼面间的角度解算器和线位移传感器的位置信号执行[2]。以缝翼倾斜故障监控为例，两个角度解算器位置信号差值大于设定阈值时，监控触发，如图2所示。监控器触发时，将令该通道缝翼PDU电磁阀和左右翼尖刹车电磁阀断电。由于倾斜监控通过双通道分别进行，若双通道均正常工作，则在发生倾斜故障时，双通道缝翼PDU电磁阀和左右翼尖刹车电磁阀均断电，缝翼翼面锁止[3]。

（3）襟翼/缝翼欠速故障，主要指襟翼/缝翼翼面速度运动过低的情况。以襟翼欠速监控为例，襟翼欠速故障监控可以通过比较马达的转速信号和翼面转速信号来进行。乘上相关系数的马达转速与翼面转速之差大于设定阈值时，监控触发，如图3所示。该监控触发时，将令该通道襟翼PDU电磁阀和左右翼尖刹车电磁阀断电。

（4）襟翼/缝翼非指令故障，主要指无指令情况下襟翼/缝翼翼面运动，停止指令下襟翼/缝翼翼面继续运动和襟翼/缝翼反方向运动三种情况[4]。襟翼非指令运动监控则主要包括系统超速和反向运动的监控。通过马达的指令转速和监测转速来进行马达运转方向和速度的监控。相关监控触发时，将令该通道襟翼PDU电磁阀和左右翼尖刹车电磁阀断电。

3 结语

本文简单介绍了国外大型民用飞机高升力系统的基本组成和典型的故障形式，分析了国外大型民用飞机对于高升力系统的主要故障监控执行方案和核心逻辑。在具体的故障监控方案上，不同机型采取的措施会有一定的不同，但核心原则是相关的安全性和适航要求。本文对于国内民用飞机高升力系统的故障监控方案设计有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]宋翔贵.电传飞行控制系统[M].北京： 国防工业出版社，2003.

[2]The Boeing company. Auxiliaryfoil lost motion detector and actuator：United States，US5628477[P].1997-05-13.

[3]马军辉，徐向荣.民用飞机高升力系统翼面倾斜探测方案分析[J].机械设计与制造工程，2013（7）：52-54.

[4]Nau C.Torque Limiter： USA， 3596740[P].1971-08-03.endprint