某型惯性导航系统典型53#故障的排除及解析

姚金彪 邵珠君

摘要：某型惯性导航系统在飞机上时有故障发生，造成导航系统无法正常使用，其中较为突出的是惯导报53#环境温控故障。为降低该惯导在飞机上的故障率，通过研究环境温控回路的工作原理，解析其故障机理，并以几起典型53#故障的排除为例深入分析，提出有效的预防措施，以延伸修理深度，提高产品修理质量。

关键词：惯性导航系统；53#故障；温度控制

Keywords：inertial navigation system；53# Faults；temperature control

0 引言

某型惯性导航系统是航空装备上重要的导航设备，因该惯导所使用的惯性器件性能易受温度影响，故通过设置温控回路，使惯性器件工作在最佳温度状态下，保证惯导的导航性能。

53#故障为环境温控回路故障，在实际维修中是该型惯导温控回路出现频率最高的故障，研究53#故障的故障机理有助于快速定位故障点，恢复产品的完好性。53#故障的典型现象有：惯导启动T3温度无变化；T3温度持续上升不停止；不间断报53#故障等。

1 组成及工作原理

1.1 环境温控回路的功能

通过设置惯导温控回路，可在较短的时间范围内使惯性元器件达到一定的温度并获得长时间的恒温控制，从而使惯导能够迅速启动、安全可靠地投入使用并能保证导航的精度。

为充分发挥惯性器件的性能，惯性平台还需要均衡稳定的外界环境温度（简称T3温度），设置环境温控回路能够在短时间内达到对环境加温的目的，保证惯性器件处于正常工作环境温度下，性能处于最佳状态。

1.2 环境温控回路的组成及工作原理

1）组成

环境温控回路采用粗精二级温控设计，分为壳体快速加热（壳快加热）和壳体比例加热（壳比加热），采用115V/400Hz的模拟电路，大功率常值加热的同时进行比例加热，壳比加热回路为模拟回路，壳快加热控制回路为数字控制回路，两个回路的组成大体可分为以下三部分。

a. 温度测量及信号转换：实时温度信息的获取，包括热敏电阻、AD590等温度敏感元件，信号转换包括R/V线路、A/D线路（数字温控）及接口等。

b. 温度控制部分：控制加热电源的通断，包括计算机综合解算算法（数字温控）及温控电路。

c. 执行元件及被控对象：执行加热电源的通断，包括继电器、可控硅和加热片等。

壳快回路和壳比回路的组成图如图1所示。

2）工作原理

在惯导开机后，经115VB壳快加热电源通过继电器K3向壳快加热片注入电流进行快速加温，当T3接近44℃时，由开关量控制切断K3继电器，停止壳快加热。

在惯导进入初始对准时，由平台腔盖板上热敏电阻（壳比RT）感受壳体上的环境温度，经电桥输出偏差信号送给壳比温控线路，在经过信号放大、变换推动可控硅功放级，经115VC壳比加热电源给壳比加热片注入加热电流，使T3温度稳定在43℃±0.5℃的正常温度。

另外，惯导在对准和导航期间，由惯导托架上所装的风机盒给惯导内部持续送入冷风，惯导平台腔内部也装有风扇，可以将热空气搅拌均匀，并经出风孔散热，保证T3温度的均衡。

2 典型故障的分析与排除

对温控回路的组成具体分析可知，任一环节出现故障都会导致惯导环境温度异常，从而使惯导报53#故障码，提示惯导环境温度异常。根据生产实际的故障统计以及修理中的经验总结，发现故障点多存在于温度测量和执行元件部分，根本原因在于元器件的损坏和功能失效，下面以几起典型故障的解决为例来说明。

2.1 T3温度启动无变化

T3温度启动无变化主要发生在惯导初始对准阶段，通过232数据监测到惯导平台腔环境温度无变化，出现此现象的主要原因有两点。

1）加热片短路

加热片是加热回路的终端和执行元件，电热片中电阻丝的发热会产生热量提升温度，电阻丝烧断则导致加热片短路，丧失加热的功能。可通过检查加热片阻值状态是否正常来判断加热片是否有异常情况。

2）可控硅损坏

可控硅是温控回路的功率级放大环节，由可控硅V1和V2构成，其损坏则直接导致回路短路或断路，无法执行加热指令。可检查V1和V2可控硅的正反向阻值，若异常则直接更换。

2.2 T3温度持续上升不停止

T3温度持续上升不停止主要发生在惯导精对准阶段，壳快加热正常工作时，T3温度会以每秒0.2℃的速率上升，当达到要求值時，计算机收到回馈信号会切断快速加热。当快速加热回路故障时，无法正常切换，将导致继续加热超过阈值，引发53#故障的出现。壳快加热故障的主要原因在于继电器的工作异常和热敏电阻的损坏。

1）K3继电器粘连

K3继电器是加热回路的控制元件，接收温控板输出的壳快切信号，控制115V电源的通断。当K3继电器发生粘连后，接通的115V电源会持续进行加热。通过检测设备观察开机后有无115VB电源来初步判断继电器的好坏，再通过检查继电器的上电转换功能是否正常来判断控制元件是否故障。

2）热敏电阻损坏

热敏电阻是精温控回路的敏感元件，其阻值随温度的变化而发生变化，热敏电阻的短路和工作不正常将直接导致精温控回路温度测量错误，使可控硅满功率工作，从而无法切断快速加热，导致出现超温故障。

2.3 不间断报53#故障

不间断报53#故障多发生在惯导已进入导航工作状态之后，特别是经过了3～6h的长航飞行，若惯导通风不畅和环境温度监测失效，将会出现惯导报故，环境温度降低后故障又自动消失，即出现不间断报53#故障现象，主要原因在于散热器失效和AD590损坏。

1）散热器失效

惯导自身工作的环境温度高于一般机件，长时间使用会产生大量热量，故需对惯导进行散热处理，通过采用托架惯导风扇和惯导内部搅拌风机吹冷风，将热风排出，达到散热的目的。当散热器失效或运转不良时，惯导就容易出现不间断温度升高报故的现象。

2）AD590损坏

AD590在回路中的作用是监测环境温度，判断环境温度是否达到标准值，并与标准值进行比较，超过标准值则报故提示温度异常，若AD590损坏或失效则丧失监测作用，甚至会出现误报的现象。

3 解决措施

通过上文的分析，发现温控回路中元器件的损坏和失效是导致惯导报53#故障的重要原因，故需有针对性地进行质量监控和检查，特别是对易损元器件进行重点检查，详细的检查方法如下。

3.1 加热片的检查

常规修理中，通电检测前需先对系统进行阻值测试，可通过对壳比加热片、壳快加热片等涉及加热片的部位进行阻值测试初步判断加热片的好坏。其次，还需对加热片进行外观检查，肉眼检查有无烧糊起泡的现象，对阻值与要求值不符和明显有异常的要重点检查，及时对烧糊和烧断的加热片进行更换。

3.2 继电器/可控硅的检查

在T3快速上升阶段，若115VB电流使温度达到要求值而未切断，应重点检查继电器的切换功能是否正常，可通过检查继电器常开点和常闭点的吸合电压以及触点压降是否正常来判断继电器是否工作正常，对异常的进行更换。

在T3恒温阶段，若115VB电流未使温度达到要求值，依据加热电流变化情况，应重点检查可控硅V1和V2是否工作正常，可由万用表测量可控硅阴极与阳极之间的正反向电阻，两个阻值均应很大，如果测得的阻值很低或近于无穷大，说明可控硅已经被击穿短路或已开路，需进行更换。

3.3 托架风机盒和惯导风扇的检查

热敏电阻持续暴露在高热中将导致热敏电阻永久性的损坏，惯导通过采用风扇持续吹入冷风的办法来达到散热目的，故对托架风机盒和惯导风扇的检查尤为重要。

托架风机盒所装的风扇为三相交流轴流风机，在修理中可通过听声音来感知风扇的运行状态，正常情况应运转均衡，无强烈震动和异响情况，且停机时应缓慢停止，若转动时有明显卡滞或异响情况，需对风扇进行更换。

3.4 AD590的检查

该型惯导在精温控回路中使用的是AD590集成温度传感器，利用流过它的电流（uA）与热力学温度（开尔文）度数的特性关系达到测量温度的目的，工作范围为-55℃～150℃，具有精度高、线性度好等优点。

由于在不同温度下对应的电流输出不同，故对AD590进行检查时需设置小型测量电路，通过测量多组温度下的电压输出来判断AD590的好坏。如图2所示，在AD590负极串联10k电阻并接地后，在正极上加4～30V范围的直流电源，测量不同温度下AD590正负极端口的电压输出，以室温25℃为例，对应电压测量值V0应为2.98V，其他温度下的电压输出应与该AD590的电流-温度特性一致，若不一致则需对其进行更换。

3.5 热敏电阻的检查

该型惯导所使用的是NTC型负温度系数热敏电阻，具体型号为YSI44006，具有阻值对温度特性波动小、对各种温度变化响应快的特點，工作范围为-80℃～120℃，在25℃室温下的阻值为10kΩ，随温度的升高阻值呈非线性的下降，热敏电阻阻值特性曲线如图3所示。

通电前的检查除了需要测量热敏电阻的通断外，还应重点检查其阻值特性是否正常。但往往常规修理只检查室温下的阻值，容易忽视对其阻值特性的检查，存在一定故障隐患，故需在修理中加强对阻值-温度特性的检查。可将电阻置于高低温箱中，控制其处于几个关键温度，再测量阻值以判断好坏，包括室温（25℃）、中温（40℃）和高温（60℃）。将各种温度状态下的测量阻值与标准曲线进行对照比较，若检查有明显差异，需对其进行更换。

4 总结

依据惯导环境温控回路的组成和工作原理，通过典型故障的排除，快速恢复了产品的完好性，并经过针对性的故障分析，提出了有效的预防措施，制定了对加热片、风扇和继电器等易损元器件的检查方法，重点介绍了AD590和热敏电阻的工作原理，提出了检测其温度特性的方法，从而延伸了产品的修理深度，消除了易导致53#故障的潜在隐患，达到了提高惯导修理质量的目的。

参考文献

[1]张宗麟.惯性导航与组合导航[M].北京：航空工业出版社，2000.

[2]刘燕，林欣悦等. AD590集成电路温度传感器的特性测量与应用[J].中国仪器仪表，2005（6）：58-61.

[3]范寒柏，谢汉华. 基于NTC热敏电阻的的三种高精度测温系统研究[J].传感技术学报，2010，23（11）：1576-1579.

作者简介

姚金彪，工程师，主要从事航空仪表专业的修理技术和理论研究。

邵珠君，助理工程师，主要从事航空仪表专业的修理技术和理论研究。