某型飞机降落时气压高度表负指原因分析

■ 丛志民 王晓燕/凌云科技集团有限责任公司

1 故障情况

一架某型飞机用于对地面导航台、塔康系统（TACAN-Tactical Air Navigation System）、仪表着陆系统、微波着陆系统等导航和着陆系统进行飞行校验。在飞机试飞过程中，空勤人员反映气压高度表出现负指现象，具体表现为飞机降落过程中，大气数据系统气压高度表指示数值不断减小，在距离地面20m时，大气数据系统气压高度表指示零高度；飞机落地时气压高度表指示-20m；飞机滑行刹车时，气压高度表指示持续减小，最大指到-25m左右；滑行约18s后，气压高度表指示回零。由于该飞机属于第一次维修，没有相同机型作为参考，暂时无法对该现象进行定论。因此，对该现象进行分析，及时找到产生该现象的原因，对大气数据系统的使用具有重要的意义。

2 工作原理和原因分析

结合大气数据系统气压高度表工作原理，从该系统涉及的产品及飞机上相关传感器等方面进行分析，该现象的产生可能与大气数据系统相关产品失效、机上全静压系统管路方面故障、大气数据系统本身的输出特性有关。结合本次飞机修理过程及大气数据系统工作原理分析，认为产生该现象的原因可能为：1）大气数据系统工作不正常；2）空速管个体差异；3）全静压系统管路堵塞，空速管进气孔、漏水孔变形；4）大气数据系统本身原因。为了确认具体的原因，按以上几种可能性逐一进行分析验证。

2.1 大气数据系统工作不正常

该飞机安装的XAS-14大气数据系统由XSG-13G大气数据计算机、ZG-1B气压高度表、ZKS-2空速指示器和GZW-2温度传感器等组成。大气数据计算机接收来自飞机的静压和全压、来自总温传感器的温度信号以及来自气压高度表的场压装订信号。大气数据计算机可选择两条静压源误差装订曲线，当构型离散量输入为“悬空”时，静压源误差曲线同BGJ25-6B精密高度表所装订的曲线一致；当构型离散量输入为“地”时，静压源误差曲线同BGJ25-6A精密高度表所装订的曲线一致。选用不同的装订曲线，在相同的输入参数情况下，大气数据计算机输出的气压高度不同。

如果大气数据计算机失效，其输出的气压高度等参数将发生变化甚至无数据输出。大气数据计算机输出3路ARINC429信号（包含2路高速和1路低速）、1路RS422信号到应答机和机上其他设备，其交联关系如图1所示。

图1 大气数据系统交联关系图

ZG-1B气压高度表在微处理器的控制下，通过串行数字接口接收大气数据计算机发送的ARINC429绝对气压高度信号，并采集场压装订数轮输出的数字编码信号，这些信号经过微处理器解算，得出飞机瞬时的气压高度，由驱动电路驱动步进电机转动，通过减速器带动指针和高度数轮转动，指示出飞机的相对气压高度。气压高度表的场压装订手柄通过传动齿轮与场压数轮相连。在气压高度表接通电源状态下，转动场压装订手柄以调节场压装订数轮的指示值，使气压高度表实现绝对气压高度测量和相对气压高度测量。当场压数轮指示某一机场的场压时，气压高度表指示相对于某一机场的相对气压高度。场压装订数轮安装的光电编码电路可将场压转换成相应的编码信号输入微处理器，提高了场压装订精度。气压高度表具有自检测和故障告警功能，工作过程中能随时进行自检测，检测结果通过告警旗指示。无故障时，告警旗收起；当高度测量系统故障或气压高度表本身故障时，告警旗落下。气压高度表失效将导致气压高数指示异常。在试飞过程中，起飞前转动气压高度表的场压装订手柄，使气压高度表指示机场的相对气压高度。验证飞行过程时间短，场压基本无变换，整个过程不需调整场压装订手柄，起飞和降落过程中告警旗未出现，始终处于收起状态，说明系统工作正常。

从上述原理分析得知，大气数据计算机或气压高度表的失效都会造成气压高度表指示异常。将大气数据计算机及气压高度表拆下检测，按照技术规范规定的检查点进行测试，各项指标均符合技术要求。由于测试是按照测试点的要求进行的，无法完全模拟飞机降落时的各项输入参数，为了进一步验证大气数据计算机及气压高度表的输出性能参数，采用更换产品的方式进行验证。更换驾驶员一侧的大气数据计算机和气压高度表后进行飞行试验，气压高度表指示现象未发生变化，因此排除上述两种产品失效的可能。

2.2 空速管个体差异

该飞机安装两个GKY-10空速管，在飞机飞行时感受周围的空气静压和迎面气流的总压。气流的静压是由位于空速管柱形面上的静压孔来感受的，静压孔距空速管的前端有足够长的距离以避免受扰动气流的影响。由于进厂修理时空速管锈蚀严重，无法进行修复，采用了换新处理。对比新空速管与飞机原装空速管后发现，空速管上的整流环安装位置前后存在差异。整流环安装位置见图2。

飞机下降过程中，因周围的空气不稳定，气流扰动可能对静压系统造成影响。如果空速管上整流环位置的变化会引起静压系统的压力变化，导致大气数据计算机采集到的静压随之发生变化，那么气压高度表指示的相对气压高度也会发生相应的改变。为了验证整流环位置不同是否对全静压系统的压力造成影响，更换原机的空速管进行飞行验证。气压高度表现象依旧，说明空速管整流环位置的细小差异对气压高度表指示几乎无影响。因此，排除空速管个体差异的可能。

2.3 全静压系统管路影响

全静压系统用于感受飞机迎面气流的全压和外界大气静压，并通过机上的全静压管路输送给需要用全压和静压的仪表和设备，全静压系统原理见图3。在下列情况下需对全静压系统进行气密性检查：更换任何与全静压系统管路连接的仪表后；倒出沉淀器的冷凝液后；按照飞行员的要求，左右驾驶员仪表指示不同或其他不正常等情况。

图2 整流环安装位置图

图3 全静压系统原理图

为了进一步分析全静压系统管路的影响，对全静压系统导管进行机上吹洗。对机上的全静压导管、各型转接头和沉淀槽四通等，先用抹布擦去表面灰尘，再用抹布蘸上汽油擦掉表面油污。检查导管无锈痕、裂纹现象，用冷气吹洗全静压导管、接头和沉淀槽四通。对于左GKY-10空速管全压系统，将左操纵台上全压转换开关手柄放在“正常”位置。用气密试验设备向飞机左侧空速管的全压口加压，在抽气（放气）或加压（减压）时，压力变化速率应不大于1220m/min，仪表板上的空速指示器指到556±9km/h应停止加压并保持，在此压力下，1 min内空速表指针下降不得超过2.8km/h，缓慢释放左空速管全压系统压力。按照类似方法对右GKY-10空速管全压系统、左右GKY-10 空速管静压系统进行检查。检查未发现异常，吹洗过程中未发现管路有堵塞现象，飞行验证未发生变化，因此排除全静压管路堵塞的可能。

2.4 大气数据系统本身特性

大气数据系统由大气数据计算机、总温传感器、气压高度表和空速表等组成。大气数据计算机接收大气静压、全压信号和总温传感器的温度电阻信号，计算机通过信号处理解算出各种大气参数，以ARINC429总线形式发送给气压高度表。气压高度表指示飞机相对于起飞、着落等基准点的气压高度。测量高度的基准面不同，所得出的飞行高度也不同。实际飞行中，应用最多的是相对高度和标准气压高度，起飞着陆时必须知道机场的相对高度，场外飞行和转场时要用到标准气压高度。

由大气数据系统原理可知，该大气数据计算机有两种装订曲线，当构型离散量在悬空时，大气数据计算机装订曲线为BGJ25-6B，当构型离散量在接地时，大气数据计算机装订曲线为BGJ25-6A，表1和表2为两种装订曲线下的输出参数技术指标。

为进一步分析原因，将飞行情况反馈给大气数据系统制造厂，对该型大气数据计算机输入参数进行软件模拟，模拟试验结果如下。

模拟飞机空速从200km/h、气压高度从178m不断降低的过程：当全压与静压差值为14mmHg左右时，相对气压高度为0m左右，随之持续下降；当全压与静压差值为11.9mmHg左右时，相对气压高度为-15m左右，随之持续下降；当全压与静压差值为11.5mmHg左右时，相对气压高度为-19m左右，随之持续下降；当全压与静压差值为11mmHg左右时，相对气压高度为-24.58m左右，随之持续下降。

表1 大气数据计算机输出精度（装订曲线为BGJ25-6B）

表2 大气数据计算机输出精度（装订曲线为BGJ25-6A）

模拟飞机降落地面进行滑行阶段，此时气压高度变化很小，空速不停减小：当空速为147.68km/h、全压与静压差值为8mmHg，相对气压高度为-3m左右，空速持续减小；当空速为78.79km/h、全压与静压差值为2.27mmHg，相对气压高度为-1.9m左右，空速持续减小；当空速为30.79km/h、全压与静压差值为0.32mmHg，相对气压高度为-1.24m左右，空速持续减小；当空速为10.95km/h、全压与静压差值为0.04mmHg，相对气压高度为-1.14m左右，直至飞机完全停止，飞机气压高度将变为0m。

通过软件模拟飞机降落过程发现该系统存在气压高度表负指的现象。为进一步验证气压高度表负指现象，利用内场检测设备对大气数据计算机与气压高度表进行配套试验，给定高度0km，速度从0km/h缓慢上升到300km/h，再从300km/h缓慢下降到0km/h。高度表的指示情况为：在构型离散量悬空情况下，高度表最大指示-10m左右；在构型离散量接地情况下，高度表最大指示-25m左右。

从上述软件模拟和系统配套模拟结果分析得知，飞机在降落过程中，大气数据系统气压高度表回零后气压高度继续减少，高度表指针负指到最大-25m左右，随着飞机速度的降低，气压高度表指示慢慢回零，符合飞机降落时气压高度表负指的现象。该现象是由大气数据计算机的装订曲线所决定的，由大气数据计算机在整个高度测量范围内的动压对其进行修正。因此，飞机降落时出现气压高度表负指既不是相关产品失效也不是全静压管路影响所致，而是大气数据系统本身输出的特性所决定的。

3 结束语

大气数据系统设计包络线由飞机主机厂提供，系统研制厂按照飞机主机厂提供的数据进行设计生产。不同飞机的大气数据系统的装订曲线不同，用内场检测设备进行检查时，如果该系统没有补偿且没有设置不补偿选择开关（或控制接口），检测设备仅能检测大气数据计算机补偿后的输出参数，无法对不补偿的数据进行检查。因此，在对大气数据系统输出参数进行检查时，必须明确测试状态和输入的参数，以及外场测试（补偿）与内场测试（补偿或不补偿）状态的差别。

实践证明，通过更换相关产品、试验模拟等方法进行原因分析，验证了气压高度表负指属于大气数据系统本身输出特性，该方法为大气数据系统相关产品的使用和维护提供了一定的参考。