直升机折叠定位控制信号的改进方法

黄福贵

(海军驻武汉地区军事代表局, 湖北 武汉 430064)

0 引言

折叠系统是舰载直升机必备的系统，其作用是减少直升机的外形轮廓尺寸，从而缩小舰面停放空间和机库存放空间。由于舰载直升机的外场飞行环境恶劣，折叠定位装置很容易出现角度偏差和成品故障，导致折叠系统无法工作或出现桨叶相碰现象，给部队使用维护造成较大影响。本文针对折叠定位的工作原理和故障的现象、原因提出了一种更加可靠的定位控制信号改进方法。

1 折叠定位信号改进

1.1 折叠定位控制原理

在折叠系统中分多次使用到斜梁折叠定位控制信号，该信号是由安装在尾梁和斜梁之间的凸轮机械机构上的三个微动开关提供的。三个凸轮机械机构均随斜梁同步运动，当压住某个微动开关时则输出某个位置的折叠定位控制信号。

1.2 折叠定位故障分析

折叠系统微动开关故障的发生率非常高，据统计占折叠系统故障率的90%以上，而出现问题的微动开关绝大多数是作为折叠定位控制系统角度定位用的。

鉴于角度微动开关的特殊安装位置和运行特点，故障形式主要表现为下列两个方面：

1)微动开关切换功能失效，这是传统微动开关的失效模式之一。桨叶折叠和展开的过程对开关的冲击力较大，容易使开关处于超行程过载状态，不仅影响其可靠性，而且在长期工作后致其损坏。

2)微动开关切换功能正常，但是在工作位置触点不转换。由于开关与凸轮的安装位置不合适，凸轮装置压迫微动开关时，开关受到较大的侧向载荷，久而久之就容易导致开关头部向着侧向力的方向产生一定程度的变形，使用一段时间后造成开关卡滞，如图1所示。而当直升机折叠结束后，微动开关长时间处于压迫状态，这种长时间的压迫会导致开关和机上安装固定点处产生位移，使得开关整体向下移动，也就间接地延长了开关的有效动作行程，从而导致工作位置触点不转换。

图1 折叠定位微动开关简易图

1.3 折叠定位系统改进

某型号折叠系统的折叠定位传感器采用了机械接触式直线运动的传统微动开关。为彻底解决折叠定位故障，需要采用一种非接触式的接近信号器，它能够在被监测物体与之接近到一定距离时，不需要接触就能发出动作信号，达到控制电路接通或断开的目的[1]。

非接触式的接近信号器有电感式、霍尔式、电容式和光电式、红外式等[2]，其中，电感式接近信号器具有工作稳定、定位精度高、寿命长、结构简单等特点，非常适合桨叶折叠定位系统采用。

电感式接近信号器能够在一定范围内检测导磁性物体与它的检测端面间的距离，并转换为相应的输出信号，供控制电路使用[3]，原理框图如图2所示。接近信号器基于磁感应原理工作，能够输出频率为500Hz的调宽脉冲信号。该信号的脉冲宽度随被检测目标与信号器检测端面间的距离而变化：当距离为0时脉宽最大，随着距离的增大，脉冲宽度减小，对导磁性物体检测的作用距离约为0.5～4mm，在0.5～2mm范围内有较好的检测灵敏度。

图2 电感式接近信号器原理框图

电感式接近信号器等效电路如图3所示。图中R1、L1为信号器线圈的电阻和电感，短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻和电感分别为R2、L2，线圈与导磁性物体之间存在一个互感M，M将随线圈与导磁性物体之间间距的减小而增大。

根据基尔霍夫第二定律[4]，有：

(1)

解上述方程组，可得I1、I2，继续计算，可得出接近信号器线圈受导磁性物体影响后的等效阻抗Z。

由上式可知，线圈-导磁性物体系统的等效阻抗Z是该系统互感系数M的平方的函数，而互感系数M又是距离被检测目标距离x的非线性函数。因此，当构成电感式接近信号器时，在一定的距离范围内，等效阻抗Z与x之间可近似用一线性函数来表示。

由于折叠定位控制系统只需要检测两种状态，输出高、低电平信号，因此接近状态电平信号可以高、低电平反映信号器检测得到的距离与设定的接近状态转换距离比较的结果，与TTL电平和CMOS电平相容。当被检测目标与信号器的检测端面间的距离大于设定的接近状态转换距离时，输出为高电平；当距离小于该设定距离时，输出为低电平。输出电平会随负载阻抗大小略有变化，通常高电平为≥4.6V，低电平为≤0.7V。在接近信号器的输出信号传输距离比较小和电磁环境比较良好的条件下，直接使用该接近状态电平信号比较简便。

接近状态转换距离的值在可以内部电路中设定。用户可以根据需要选取转换距离的范围为0.5mm～2mm。接近状态开关信号引脚与信号器的内部控制电路在电气上是相互隔离的。这为接近信号器在电磁环境比较恶劣的条件下使用提供了改善抗干扰性能的方便。

接近信号器在不同的安装方式和运动轨迹所展现出的效果也不相同。安装方式如图4所示。

图4 轴向位移检测

接近信号器在用于检测机械系统中机件的位移或限位之前，应把它和导磁靶在机械系统的适当位置正确安装。安装时应尽可能把接近信号器固定在机械系统的适当位置，用信号器来检测移动的机件或安装在其上的导磁靶。当机件的移动距离比较小时，也可以反过来把信号器安装在移动机件上，检测固定的目标件或安装在固定件上的导磁靶。当用信号器做移动件检测固定件时，应特别注意信号器上连接器引线的固定，防止被运动部件强行拉拽和损伤。

被检测目标必须是由高导磁性材质如钢铁材料或其它高导磁性材料制成的机件[5]。如果没有适当的机件本身可作检测目标，也可在机件上另行安装一个由钢质材料制作的“靶”来充作检测目标。检测目标上的接近检测面应尽可能地是与信号器检测端面相互平行的平面，该平面应能充分覆盖信号器的检测端面，通常应≥φ20。必要时也可将曲率半径大于50的球面或圆柱面来充作检测面。要注意的是,当用球面或圆柱面作检测面时，信号器发生接近状态转换的实际距离要比信号器产品给定的指标小些。

信号器的接近状态信号能反映被检测目标的“接近”程度，用于电路中对被检测目标的监视或控制。被检测目标的检测面在到达接近状态转换距离时，其接近状态输出信号对距离十分敏感。若被检测目标存在轻微的抖动或受到振动的影响，检测面间的距离的微小变化都可能使得接近状态信号发生反复的高、低电平的跳动，造成电路工作不稳定。为避免这种现象的发生，可在接近状态信号的检测电路并联适当的电容器，适当延缓信号器状态信号转换所产生的作用，保证电路平稳工作。

2 结束语

直升机桨叶折叠系统的发展需要更加稳定、更加准确的折叠定位信号，而使用传统的微动开关则略显不足，不能适应现有的桨叶折叠系统，而桨叶折叠的稳定性直接影响到直升机的出勤率。本文介绍的方法能够完善桨叶折叠系统，并且可以直接在原有的直升机平台上进行换装，对原有线路更改很小。该技术已经在国内某型号上得到了验证，桨叶折叠系统的可靠性进一步提升，提高了直升机的作战效能。