浅析通航地平仪结构及常见故障检修

陈兰英

摘 要：本文介绍了航空地平仪功能、结构及工作原理；对常见电动和气动地平仪进行了介绍；搜集、整理、分类航空地平仪常见故障，在航空地平仪结构基础上，进一步将故障类型分为陀螺转子、陀螺内外框以及其他3个方面。针对3个方面故障进行了较为详细的剖析，包括故障成因、故障部位并给出相应的维修措施。本文为通用飞机上安装的航空地平仪提供了重要的参考价值。

关键词：航空地平仪 故障类型 检修

中图分类号：V24 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（b）-0113-03

航空地平仪又称陀螺地平仪或垂直陀螺仪，是应用三自由度陀螺原理做成的陀螺仪表。它能够在飞机上建立一个精确而稳定的垂线或水平基准，用来测量飞机的俯仰角和倾斜角。给飞行员提供直观的飞机姿态信息[1]。航空地平仪是航空仪表中的最重要的仪表之一。在通用航空领域中，地平仪的结构较之大型客机，要简单得多。它往往只是一个独立的个体，独立工作，直观的给飞行员提供飞机的俯仰，倾斜等驾驶姿态，即直读式基准仪表[2]。本文要探讨的正是这种通用航空中常用的直读式陀螺仪表的常见故障及修理方法。

1 结构及工作原理

在实际的通用飞机维修工作中，对于陀螺仪表的分类。可以根据其驱动转子方式不同而籠统的分为两类：一类是电动地平仪。顾名思义，电动地平仪的转子是由飞机直流电网提供的电能驱动。而另一类是气动地平仪。它是在飞机发动机起动以后，由真空系统提供气源，驱动气动地平仪内的陀螺转子高速旋转的[3]。不需直接供电即可工作。因此，气动地平仪是最基本而又最方便使用的一类地平仪了。

结构及工作原理：下面对两种地平仪的结构和原理进行简单的分析。图1为一款通用飞机上常见的某公司生产的电动地平仪：

图1可以把整个电动地平仪内部分为三大部分：陀螺房、内外框和电路板。核心当然是陀螺房，陀螺转子垂直安装在陀螺房内，陀螺房横向安装在内框上。而内框则纵向安装在外框上，这就构成了三自由度陀螺。

指示飞行姿态的“小飞机”安装在内框上，而刻度盘则固定在外框上。当陀螺转子高速运转而没有施加任何外力时，整个系统处于稳定状态。而给外框或内框施加一个外力时，由于陀螺的进动特性，陀螺的内框或外框就会发生进动，固定在内框上的小飞机将会随着进动而改变指示的俯仰角和倾斜角[4-5]。

电动地平仪的电路板功能是把输入的直流电转换成三相交流电，再把交流电供给陀螺转子内的线圈，实现转子的高速旋转。图2为通用飞机上选装的最常见气动地平仪结构。

从结构图2可以看出，气动地平仪的后面有至少三个接头，一个AIR接头和大气相连，而一个VAC接头则和真空气源相连，第三个接头通常作为检测真空度用。而在地平仪的内部，陀螺房的内部和VAC相连。外部和AIR相连，这就在陀螺房内外形成一个压差，驱动陀螺转子高速旋转。当地平仪正常工作以后，即可指示飞机的飞行姿态。

2 常见故障及检修

不管是电动还是气动地平仪，它们的内部结构差不多，只是驱动转子运转的驱动源不同。在修理中也有很多共同的特征。下面针对日常修理中遇到的各种故障及修理方法做分析，从地平仪的结构上来分析它的故障及修理方法。

2.1 陀螺转子

陀螺转子是地平仪的心脏，是地平仪工作的基础。常见的陀螺故障是转子卡死，转不起来。究其原因则可能有两种，一种是转子轴承损坏，致使转子转不起来；另一种是转子轴承由于长时间在空气中运转，空气中的灰尘或其他杂质进到轴承里面，污染了轴承，导致轴承卡死不能正常运转。针对这两种原因，首先，若是轴承已经损坏，就只有更换轴承。而后一种就需要用干净的专用航空清洗汽油对它进行清洗，直到轴承性能达到要求。在维修过程中常见的不工作或气动地平仪打转，多是陀螺转子不能正常工作引起的。另一陀螺转子引起的常见的故障是刻度盘抖动。刻度盘抖动多是由于转子轴承的不平衡引起的。人们知道正常运转中的陀螺转子速度高达20000多转每分钟。转子轴承的一点点不平衡都会引起转子的抖动。继而带动刻度盘抖动。解决它的最好办法就是对转子进行动平衡。减小转子的不平衡量。现在的工作中，转子的动平衡多用动平衡机来完成。

2.2 陀螺内外框

陀螺仪表要如何精准地反映出飞机的俯仰和倾斜姿态。陀螺仪表的基准刻度盘安装在外框，而指示飞机姿态的“小飞机”安装在内框上。要想“小飞机”准确地反映飞机的姿态，对内外框的要求是很高的。主要体现在内外框的静平衡和内外框的灵活性上。常见的由内外框静平衡引起的故障有：工作中陀螺倒向一边不能指示水平。陀螺仪表断电（或气源）的时候陀螺仪表飞转。陀螺仪表在设计的时候往往会根据需要刻意加重陀螺房下边重量，来保证陀螺更稳定和不打转，这就需要在分解的时候记录下该仪表的配重值，在安装的时候也按照该配重值进行安装，这样就不会出现陀螺房大的偏倒，内外框的静平衡也是导致陀螺偏转的重要原因，因此需要在安装的过程中尽量做好静平衡。

陀螺内外框的灵活性包括内外框轴承的灵活性，修正片的灵活性，已经刻度盘安装不能有大的摩擦。常见的由灵活性导致的故障有：陀螺仪表指示姿态漂移、不稳定。修理中若出现姿态不稳定、漂移的故障，首先要考虑内外框是否有摩擦，需要对内外框的轴承进行清洁或更换，保证轴承的灵活度。对修正片进行清洁并坚持修正片是否有摩擦。最后还需要确保内外框的间隙合适，通常要求内框间隙达到0.003～0.015mm，外框间隙可适当放大到0.076～0.127mm。内外框间隙不能太大，太大会造成飞机倾斜时陀螺房左右位移，误差大是可想而知的。而间隙太小则会引起摩擦，导致姿态指示不准确。

2.3 其他故障

电动地平仪的其他故障主要是来源于电路板。其电路板原理图如图3所示。通常电动地平仪的电路板的功用，只是给陀螺转子提供电源，它的另一个功效是给陀螺仪表提供旗警告信号。当电源失效，陀螺不转或陀螺转速过低，供给陀螺转子线圈的电源低于一定的值时，地平仪警告旗就会出现，提醒飞行员，该地平仪工作不正常。地平仪指示的姿态不能作为飞行的参考。

与电动地平仪不同，气动地平仪需要在一个密闭的气路循环系统中才能更好地工作，在维修过程中，需要特别检查壳体的密封性和陀螺正常运转时气源的流量情况。这两项检查都是为了保证气动陀螺转子正常运转的参考值。密封性差或正常运转时气流流量值很大，则说明壳体处于不密封状态，由此可能导致陀螺转速达不到要求。当发现壳体有不密封时，需要检查密封胶圈是否有破损，若有，则要更换。检查接头有无松动以及壳体有无裂纹等。

3 结语

综上所述，通用飞机上安装的航空地平仪，虽然结构相对简单。但其故障发生的原因也是多方面的，有的故障明显排除简单，有的故障隐蔽排查困难。只有搞清其工作原理和内部结构，弄懂各组成结构可能导致的故障现象，才能有的放矢，比较顺利地排除故障，完成修理工作。

参考文献

[1] 邱晓天，吕克洪，张丰言，等.某陀螺地平仪自检测系统设计[J].测试技术学报，2010，24（1）：89-92.

[2] 于相斌，董恩生，常丽敏，等.基于数字旋转变压器的航空地平仪试验器[J].仪表技术与传感器，2011（12）：21-23.

[3] 程学军，雷国志.航空电子系统基于需求的自动测试方法[J].电讯技术，2010，50（8）：165-169.

[4] 徐波.小型民用飞机地平仪工作原理及常见故障[J].科学技术创新，2010（3）：37.

[5] 董勤鹏，熊华钢.基于某航空电子设备的自动测试系统设计与实现[J].现代电子技术，2008，31（21）：146-149.