高可靠性旋翼折叠软件控制逻辑设计

陈利国，吴丽媛 ，王伟，宋治惠

（中国直升机设计研究所 机电管理专业 ，天津，300300）

直升机在某些区域，受限于存放空间，需要具备旋翼折叠和展开功能。旋翼折叠分为人工折叠和自动折叠两种方式，而自动折叠又分为液压折叠和电动折叠。目前，我国自动折叠型直升机基本全部采用液压折叠方式，液压折叠采用液压作动筒和液压式等装置，存在液压油泄露、污染等问题。对于国外的折叠型直升机，已经有很多型号采用电动折叠方式，并在实战中得到验证[1-3]，其重量轻、无污染等的优点必然会使其成为折叠直升机的发展趋势。我国在这方面的技术水平和经验都存在很大不足，所以对电动折叠系统的研究很有必要性。

软件是电动折叠系统的重要组成部分，一般软件包含有折叠驱动系统控制软件、盘桨控制软件、锁定装置控制软件以及机电综合管理软件等。其中，机电综合管理系统在各执行机构及软件运行阶段承担下达指令以及接受判断各系统状态及故障的任务，其可靠性关乎旋翼折叠与展开的成功与否。

1 原理及控制流

旋翼折叠过程包含盘桨作动器对齿、限动锁上锁、盘桨、盘桨作动器脱齿、折叠作动器拔销、折叠[4]；旋翼展开过程包含桨叶展开、折叠作动器插销、限动锁开锁。其原理图如图1所示，机电综合管理系统通过采集轮载、折叠控制板等信号，判断旋翼系统是否具备折叠或者展开条件，具备后，通过与盘桨控制器及主桨集流环的信息交互，控制折叠执行机构进行折叠与展开，并实时监测各执行部件的状态[5]。从其原理可以看出，机电综合管理系统承担旋翼折叠与展开的具体流程的指令下发及状态判断，旋翼执行机构按照什么样的流程，每个流程的执行情况以及每个执行机构的工作状态都是由机电综合管理系统决定的，其重要性不言而喻，所以机电综合管理系统的软件可靠性、全面性对旋翼折叠系统及其重要。

图1 旋翼折叠原理交联图

盘桨控制器接收机电综合管理计算机的控制指令，同时判断执行机构的位置信息，驱动盘桨电机，使直升机旋翼在刹车盘的转动下旋转到需要的位置；通过独立的对齿电机控制刹车齿轮与刹车盘的啮合脱开，其控制流图如图2所示。

图2 盘桨控制器控制流图

支臂限动锁驱动装置接收机电综合管理计算机的控制指令，同时判断限动锁当前位置信息，驱动电机运动，支臂限动锁驱动装置通过驱动支臂限动锁拨叉组件，实现对旋翼支臂的锁定与开锁动作，其控制流图如图3所示。

图3 支臂限动锁控制流图

折叠控制器接收机电综合管理计算机发送的折叠控制信号[6]，同时根据桨叶机构位置状态信号判断折叠或展开状态，经解算后，驱动伺服电机带动主轴完成插销、折叠或展开、拔销动作，使旋翼达到折叠或展开状态，其控制流图如图4所示。

图4 折叠控制器控制流图

2 旋翼折叠控制逻辑设计

确定旋翼折叠的与各个执行机构的控制流后，需要对旋翼折叠的流程进行确定。旋翼折叠时，机电综合管理系统首先收到地勤人员从折叠控制板发来的折叠指令，通过判断自检状况及直升机所处状态，确定可以执行旋翼折叠流程后，开始调整旋翼总距，调整到位后，分别给盘桨作动器和支臂限动锁下发指令进行对齿及上锁操作，机电综合管理系统判断对齿及上锁操作到位后，进行松刹，确定松刹操作后，控制盘桨作动器进行盘桨，为防止旋翼因外力及重力转动，进行刹车处理后，机电综合管理系统控制盘桨作动器脱齿，在机电综合管理系统收到脱齿到位后，控制折叠作动器进行拔销处理，待拔销到位后，各桨叶按照顺序依次进行折叠，具体流程如图5所示。

图5 旋翼自动折叠流程图

旋翼展开时，机电综合管理系统首先收到地勤人员从折叠控制板发来的展开指令，通过判断自检状况及直升机所处状态，确定可以执行旋翼展开流程后，机电综合管理系统给折叠控制器下发指令，控制各桨叶按照顺序依次展开，机电综合管理系统判断桨叶展开到位后，依次控制折叠作动器执行插销动作及支臂限动锁执行开锁动作，从而实现旋翼的自动展开，具体流程如图6所示。

图6 旋翼自动展开流程图

旋翼折叠与展开的可靠性和快速性直接影响到装备作战速度，为了提高旋翼折叠的可靠性，需要考虑自动折叠流程的中断及故障的出现，如：通讯中断、自检失败等故障，在此情况下，可以使旋翼在当前的状态下继续通过某种手段实现旋翼的折叠与展开。因此，设计了自动折叠以外的单步折叠方法，即在旋翼折叠与展开过程出现中断的情况下，通过操纵机电综合管理系统，实现在中断时所处的状态下继续单步进行折叠与展开的流程。该方法及逻辑不仅仅适用于中断及故障模式下，在紧急情况下，可以由熟练掌握折叠流程的人员进行单步操作，也可完成旋翼的折叠与展开。

对于自动旋翼折叠系统，由于其采用复杂的电路与软件逻辑实 现折叠展开功能，其高可靠性无法完全依靠软件逻辑及电路设计来实现。因此，除自动折叠外，旋翼还应设置手动折叠模式，在电气失效的情况下，可通过人工来实现旋翼的折叠与展开。

除此之外，针对机电综合管理系统本身，也进行了可靠性设计：

(1)内部设置看门狗，软件定时喂狗，对于偶然因素引起的软件跑飞或死循环，致使软件无法按时喂狗，看门狗电路能自动复位，重新开始执行软件；

(2)机电综合管理计算机采用双通道并行工作，双余度使计算机软件运行和处理的可靠性增强，具备重构和容错能力。

3 旋翼折叠试验

最后，将上述逻辑编译为C语言代码烧录至机电综合管理系统设备，在搭建的旋翼折叠试验台进行了旋翼折叠试验，共通过操纵机电综合管理系统完成旋翼自动折叠与展开试验200余次，连续40h的旋翼折叠展开试验，试验未出现故障。试验结果显示：机电综合管理系统可以有效的控制支臂限动锁上锁/开锁、折叠作动器拔销插销和展开折叠以及盘桨作动器的盘桨和定位。机电综合管理系统控制旋翼自动折叠的时间均在4min之内，旋翼自动展开的时间均在3min之内，可以实现旋翼快速的折叠与展开。

此外，还模拟了支臂限动锁与机电综合管理系统通讯中断、折叠作动器与机电综合管理系统通讯中断以及盘桨作动器与机电综合管理系统通讯中断等故障，使旋翼自动折叠及展开流程中断，然后在中断的状态下进入单步操作模式，使旋翼折叠与展开可以在非人工的状态下继续进行。

4 结论

通过在机电综合管理系统中设计单步折叠的方法可以在旋翼折叠中断的情况下继续进行剩余的折叠流程，从而提高旋翼折叠的可靠性和快速性，并通过试验证明其可行性。在搭建的旋翼折叠试验台，进行了旋翼自动折叠与展开试验，证明了机电综合管理系统控制的电动旋翼折叠可以实现旋翼快速的展开与折叠，可以为今后的旋翼折叠系统提供重要参考。