創新技術在某型飛機飛行控制系統修理上的應用

張 清

（中國人民解放軍第5720工廠,安徽蕪湖 241007）

創新技術在某型飛機飛行控制系統修理上的應用

張 清

（中國人民解放軍第5720工廠,安徽蕪湖 241007）

通過分析某型飛機飛行控制系統修理中創新技術的案例,梳理飛機修理技術創新的思考角度和應用方法。

創新技術;飛機修理

某型飛機充分運用翼身融合技術和主動控制技術改變飛機飛行控制系統傳統的設計方法,在設計之初就綜合考慮飛行控制技術對飛機的影響。采用電傳操縱系統設計作為飛行控制系統設計基礎,極大地方便了主動控制功能的應用。

某型飛機飛行控制系統,包括航行駕駛系統和駕駛導航系統兩大部分。航行駕駛系統包括自動控制系統、電傳操縱系統和機械操縱系統;駕駛導航系統包括速度-高度綜合信息系統、慣導分系統、近距導航分系統、導航計算機,各系統之間交聯信號復雜,同時與液壓、綜合顯示、外掛等多系統關聯,系統較為復雜。因此,飛機飛行控制系統的修理過程必然是在不斷認知的基礎上探索使用新方法的過程。本文結合工作實際,舉例說明該型飛機飛行控制系統的修理過程中運用新知識、新理念與新方法的一些體會。

1 調試方法在三相晶閘管調速系統上的應用

某型飛機電傳操縱系統的設計,主要采用了放寬靜穩定性和邊界控制這兩項主動控制技術。在縱向和橫向控制飛機,采用雙內環舵面穩定回路和雙外環飛機控制回路,保障飛機所需要的穩定性和可操縱性,并防止飛機超出極限迎角和極限過載。為提高電傳操縱系統安全性與任務可靠性,采用余度設計是一種重要手段,其余度安排如下：

1）縱向操縱通道：四余度,控制水平尾翼同步偏轉;

2）傾斜操縱通道：四三混合余度,控制水平尾翼差動偏轉;

3）航向操縱通道：三余度,控制方向舵同步偏轉;

4）襟副翼操縱通道：無余度,控制襟副翼同步偏轉,當作襟翼用;

5）前緣襟翼操縱通道：無余度,控制前緣襟翼同步偏轉;

6）極限限制通道：無余度,限制對俯仰桿的操縱。

采用余度技術提高產品的可靠性,主要是依賴系統的實時監控技術。飛機電傳操縱系統為此設計了多級故障表決環節,節節監控,從而保證各余度能協調工作。如縱向通道有四級電氣表決加上一級機械表決,航向通道有三級電氣表決加上一級機械表決。

電傳操縱系統各檢查工藝卡相對獨立,選取的測量輸入點和輸出點也不同,僅是分類編號,不是按調試規程編號。如何安排調試順序、如何把握各環節整定點使系統各環節協調地控制飛機,保證其穩定裕量和良好的操縱性,決定了飛機電傳操縱系統的調試質量。

三相晶閘管調速系統的調試中,必須把握的關鍵技術有以下幾點：[1]

1）對開環回路,可以按順序調整好各環節并考慮協調性;

2）觸發信號的時序應精準,保證晶閘管的關斷與導通能隨三相電源相位相同步對應,保證換相時不會產生相間短路或瞬間短路,避免晶閘管瞬時過載而過熱和失效擊穿,避免晶閘管短路而直接燒壞,無論晶閘管是瞬時短路還是直接短路燒壞,都是觸發信號的時序不能對應同步三相電源相位而造成的;

3）在負載電流調整時,一般晶閘管至少保留25%的安全余量甚至更多,防止因干擾影響產生瞬時過載造成晶閘管失效;

4）先調內環,后調外環。

對比三相晶閘管調速系統,電傳操縱系統有以下相同點：

1）驅動部件是直流電動機,飛機舵機因液壓的單向性,兩者數學模型等效相似;

2）電傳是四余度設計,要求各通道工作同步,防止舵機通道間產生力紛爭,造成舵機易過載失效,正如三相晶閘管調速系統要求觸發信號與電源的相位同步,防止晶閘管過載失效;

3）兩者都有穩定余量要求,飛機電傳操縱系統則是通過傳動比的調整,來保證安全余量,同時也保證作動筒的行程余量;

4）經過對電傳操縱系統原理圖分析,弄清每個工藝卡的檢查內容以及要達到的目的,認為兩者都是積分無差控制系統,所以參數調整思路可以借用,無論是開環電路的環節調整,還是先內環后外皮環的調整原則。

根據以上分析,借用三相晶閘管調速閉環控制系統成熟的調試經驗和分析問題的思路,從首修開始就關注兩個主要問題,一是調整順序的問題,二是參數指標的控制問題。具體做法如下：

1）根據余度設計安排,認為余度通道同步性應是各環節指標一致性情況決定的,余度通道各環節的參數調整不僅要求在范圍內,而且要求盡量一致。

2）理解伺服傳動裝置工作同步性工藝卡是反映伺服傳動裝置工作同步性調整情況,工藝要求同步性指標為通道誤差不大于0.6 V,當通道誤差瞬時超過0.8 V,系統就會報故障并點亮通道故障燈。一方面為保證在復雜環境下安全裕量,另一方面減少力紛爭,減少舵機的疲勞失效率,要求將指標通常控制在不大于0.4 V。

3）分析電傳控制原理圖模擬電路關聯特點和工藝卡《平尾舵機傳動裝置的調整和檢查》、《方向舵伺服機構的調整和檢查》各分步內容,安排各傳感器的調整內容應在舵面傳動裝置調整之前完成,同時按照先內環后外環的原則,先調舵穩定回路,后調角速度反饋回路,最后再調整過載反饋回路。

通過以上做法,在修理開始階段很大程度彌補了當時經驗的嚴重不足和對工藝卡理解不透等方面缺陷,從而保證修理出廠的某型飛機具有良好的操縱性能,保證飛機在部隊的有效出勤率。

2 可靠性設計原則在調整極限限制通道上的應用

電傳極限限制通道的作用,是當飛機在飛出安全包絡曲線時,限制對俯仰桿的操縱,給定保證安全飛行的邊界條件。調整好極限限制通道的工作十分重要,有利于飛行員的操縱感覺和安全提示。[2]

在某型飛機修理依始,由于缺乏經驗,基本不知如何調整電傳極限限制通道。當時部隊專業分工是電氣參數由特設專業調整,限動器間隙則由機械調整,部隊日常維護時也很少調整,無經驗可以借用,同時引進俄方工藝卡存在問題,標準不明確,甚至連外方專家也難以按工藝卡來操作。

某雙座機開始進工廠修理,開始按單座機部隊接收標準來調試飛機,發現難滿足間隙、電氣參數、中立位置抖桿的要求,調整幾天都未能成功,調試陷入僵局。產品的可靠性設計,不僅指產品的可靠度,還包括產品的維修性,其中80%產生于產品的設計階段。作為第三代典型戰機,維修性不可能這么差,冷靜下來,分析可能是選擇技術指標不對,才使調試如此困難。于是通過積極查找技術指標,終于在УБК飛機操縱系統技術使用指南第4冊第4分冊工藝卡3第11項中找到“推駕駛桿,使其由中立位置偏轉約6°,平穩地拉駕駛桿,使其偏轉,直到出現駕駛桿抖動,然后量出角度,應為1.5°± 1°”的文字表述,找到了兩機型指標的不同,深刻體會到傳統的割裂的專業分工模式的局限性,創新性地總結了一套完整的調試方法,同時也弄清楚部隊單座機維護時檢查極限通道方法的理論根據。調試方法的創新與改進,使得調試時間大大縮短。

3 虛擬技術在檢測設備上的應用

虛擬面板技術目前已廣泛應用民用產品上,這種新技術能夠利用軟件技術,在計算機面板上用圖形模擬器件實現其功能,它可以通過減少器件來增加產品可靠性,減少產品的維護成本,實現起來方便可靠。[3]

某型飛機的檢測設備多由開關、轉換開關、旋轉電位計、表頭等組成,不僅可有效實現工藝卡規定項目檢查,而且還可方便地利用一些（故障）檢查技巧來判斷故障,同時很多檢查因為產品監控控制設計的限制難以利用自動檢查方式。為了更好地利用這些故障判斷手段,采用虛擬技術研制了電傳操縱系統檢查儀代替俄制檢測設備ПП-184檢查儀,研制了自動控制系統檢查儀代替俄制檢測設備КИП-195、ПИ-196操縱盒,研制了慣導設備檢查儀代替了ПНК-7檢查儀。[4,5]采用虛擬面板技術,開關、轉換開關、旋轉電位計、表頭等元器件均由軟件生成,使得設備更好地服務于修理現場和故障分析,使得設備維護更加簡便、故障率降低、使用壽命增加。

4 分析工具在慣導系統航向逼近法檢查上的應用

使用航向逼近法檢查某型飛機慣性導航系統Ц-060的誤差,此方法在引進的技術使用資料中查不到,據說是外方專家經常使用的,雖然該方法操作方便,但存在下列問題：

1）控制標準不一;

2）不清楚原因和產生機理,難以改進;

3）有輸入當前航向來檢查的方法,有輸入磁偏角來檢查的方法,方法不一。

因此,經常檢查出航向偏差超差而不知其產生偏差原因,以至于束手無策,未能有合理的解決方法,這是公認的一個難題。

為了徹底解決這一技術問題,工廠成立攻關項目組,制定兩條腿走路的方案,一方面研究操作方法的工作機理和正確性,另一方面研究航向偏差的產生原因,只有查出原因,才能找出解決問題的辦法。我們通過學習、咨詢、分析、試驗結合的技術手段,采用故障樹分析工具將引起偏差的理論原因,按照工廠的工藝分工、工序安排細分偏差產生因果關系,找出每一步的控制點,再分析控制的好壞結航向偏聽偏信差的影響,使之一一關聯起來,逐步摸索航向逼近法的機理、方法、偏差原因,形成了一套檢查方法,理解了使用航向逼近法檢查蘇飛機慣性導航系統Ц-060的誤差的工作機理,總結了一套在工廠行之有效的控制流程和方法,超差時也能很快知道原因所在。

通過項目的實施,我們弄清楚偏差產生原因涉及到四個方面：一是產品修理質量;二是Ц-060系統工具誤差;三是慣導平臺底板安裝精度控制;四是磁羅差誤差,分別涉及到特設車間、總裝車間、試飛站,依照故障因果關系圖,將系統的控制技術指標,劃分為各環節的控制指標,不僅明確了控制指標,也指明了問題分析的方向。目前大修飛機出廠都能保證符合航向逼近法所規定的偏差要求。

5 自主創新設計在蘇某型飛機慣導校準工裝上的應用

由于國內未引進某型飛機慣導平臺安裝校準工裝,也沒有工裝圖樣,早期某型飛機慣導平臺安裝校準,還可以通過安裝螺栓不分解、水平校準、外場校羅差相結合的方法替代,此方法中“水平校準”由于沒有校準工裝,只能是局部水平度代替了整個底板的水平度,工作復雜且很難調到真正的水平狀態。[6]

為徹底解決此問題,我們通過逆向思維,捕捉某型飛機慣導校準工裝設計思想,通過測量、分析反求慣導校準工裝設計原理,通過設計、試驗、驗證等手段,自行研制了某型飛機慣導平臺安裝校準工裝。

6 新工藝新方法在羅盤場改造工程上的應用

工廠舊羅盤場當時僅針對老舊型號飛機設計,無論是承載還是旋轉半徑都不適應國內重型戰機校羅差的需要;同時外方技術使用指南規定校羅差時,電源車距離飛機不少于15 m,某廠電源車的電纜多未采用輸出屏蔽同時總長度不足12 m,易引起電磁干擾。即使采用制造廠校羅盤用150 m長的電源電纜盤繞飛機方式,也存在斷線而缺相、電纜過重、使用不方便等諸多缺陷。

為解決上述問題,某廠自主設計了一種飛機羅差校準場地的中心轉盤裝置,采用了大承載軸承新技術和積木式裝配技術,以及采用滑環裝置新方法和密封圈和發泡密封膠雙重密封工藝進行防潮設計,使得連接器（2個,27 VDC+115/208 VAC）隨飛機轉動,這樣轉接電纜相對飛機是靜止的,就可以做得很短,避免了超長電纜盤繞飛機形成的大線圈產生的電磁干擾,相對靜止的轉接電纜也不易損壞。同時地面電源車可以遠距供電,大大超過不小于15m的技術要求,減少了電源車這樣一個大鐵磁物體對磁羅差與無線電羅差的影響。具體功用如下：

1）中心轉盤裝置采用了大承載大面積端面滾珠軸承新技術,設計了轉盤機構,能夠滿足重型戰斗機校準羅差時需要轉動飛機的要求。

2）中心轉盤裝置采用了中心滑環裝置,完成電源雙余度地下傳輸,減少電源車對羅差校準的影響。

3）中心轉盤裝置采用積木式組裝設計技術,實現轉盤與中心滑環裝置在地坑內組裝,方便了羅盤場的維護和修理。

7 結束語

飛機在修理時雖然依據的是制造廠的技術文件,難以變更,而修理活動是要保持和恢復裝備規定的工作能力,要達到此目的,技術創新的不斷應用才是致勝的法寶,是企業長久發展的必然選擇。

本文僅分析了飛機飛行控制系統修理中純技術創新應用的一些案例,不論在檢測技術、材料替代、工具工裝設計、修理方法、能力建設,還是調試與排故等日常修理活動,技術創新對專業技術問題的解決都起著巨大的作用,并有著明顯的效果。

[1]郎霍夫?拉茨.直流調速傳動整流和調節技術的實際應用[M].俞靜濤,譯,北京：煤炭工業出版社,1980.

[2]施繼增,等.飛行操縱與增強系統[M].北京：國防工業出版社,2003.

[3]張重雄.虛擬儀器技術分析與設計[M].北京：電子工業出版社,2007.

[4]Cлстетмыднстанционнотоуправлениясду-10с.Сду -10у6с1.600.084-01рэ1986.

[5]ИзДелиец-060Рухническойэксплуатации6д1.790. 104рэЧастб3 1986.

[6]張宗麟,等.通過飛機停放航向判斷慣導平臺漂移誤差方法的研究[J].中國慣性技術學報,2000,（4）.

[編校：張芙蓉]

The Application of Innovative Technology in Flight Control System Repair of a Certain Aircraft

ZHANGQing
（The People's Liberation Army Of China No.5720 Factory,Wuhu Anhui 241007）

Through the analysis of the innovative technology case in a certain aircraft's flight control system repair,the article abstracts and clears up the thinking angle and application methods for technique innovation in aircraft repair.

innovative technology;aircraft repair

V 249

A

1671-9654（2010）02-026-04

2010-05-28

張清（1966-）,男,安徽桐城人,高級工程師,研究方向為飛行控制。