某型飛機電傳操縱系統典型故障分析

楚至濮

（中國飛機試驗研究院 機務中隊，陜西 閻良 710086）

人類社會的生產活動，是一步又一步由低級向高級發展。飛機的操縱系統，也是由低級向高級逐步發展的。自從1903年萊特兄弟采用機械操縱在基蒂霍克完成首次飛行以來，90多年過去了。在這漫長的歲月中，科學技術得到了飛速發展，飛機的操縱系統也隨之有了很大發展。到目前為止，先進飛機已經采用了一種全新的操縱系統——電傳操縱系統。

1 電傳操縱系統的發展概況

20世紀前半期，采用閉環反饋原理的自動控制技術，作為機械操縱系統的輔助手段，其主要作用，是針對已經設計好的飛機鋼體動力學特性的缺陷進行補償，實現精確的姿態和航跡控制，減輕駕駛員長期、緊張工作的負擔。

到了20世紀60年代，飛機的發展遇到了一些重大難題。例如：大型飛機繞性機體動彈性模態問題，進一步提高戰斗機機動性能和戰斗生存性問題等。這些問題僅靠氣動力、結構和動力裝置協調設計技術，已經不能解決，或者要在性能、凈質量、復雜性和成本方面付出巨大代價，才能得到某種折衷的解決方案。

研制設計者將注意力轉向采用閉環反饋原理的自動控制技術，通過對一系列單向技術和組合技術的研究、開發和驗證，產生了兩個具有劃時代意義的飛行控制概念：主動控制技術（ACT）和電傳飛行控制（FBW）系統，這兩項新技術的出現，對飛機的發展產生了巨大的影響。

2 基本組成與簡單的工作原理

與機械操縱類似，電傳操縱系統分為俯仰、橫滾和航向等通道。

典型單通道電傳操縱系統，主要由側桿控制器、桿力（位移）傳感器、飛行控制、陀機及其作動器、速度陀螺加上設計、過載傳感器、控制/顯示接口裝置組成。

電傳操縱系統的基本特征是：飛行員的操縱桿傳感器信號、飛機運動傳感器信號和控制面作動器位置信號，全部通過電信號傳遞。飛控計算機產生控制面偏轉角指令，并以電信號的形式，傳送給控制面伺服作動器。閉環機動指令控制，通過增加運動傳感器反饋回路的增益實現。控制面動作器，根據飛行指令信號與相應傳感器測得的飛機運動狀態之間的差異或偏差，進行飛機控制，驅動相應的控制面運動，并使飛機能夠快速平穩地跟蹤飛行員的指令。

3 電傳操縱系統的分類

電傳操縱系統，一般按照元件的電氣分類。

采用了模擬式傳感器、模擬式計算機和輸入輸出設備的系統，被稱為模擬式電傳操縱系統；

采用了數字式傳感器、數字式計算機和輸入輸出設備的系統，被稱為全數字式操作系統；

采用模擬式傳感器，數字式計算機的被稱為半數字式電傳操縱系統。

4 系統的優缺點

4.1 優點

機械操縱系統的系統組合比較復雜，而電氣組合比較簡單。

采用電氣控制的電傳操縱系統，很容易實現主操縱系統與其他系統的交連。傳統的飛機機械操縱系統，一般都采用中央駕駛桿，而電傳操縱系統則可采用小側桿操縱，這樣既可減輕飛行員的工作負擔，又可使飛行員觀察儀表的視線，不再受中央駕駛桿的影響，同時也消除了重力加速度對飛行員和駕駛桿輸入量的影響。

電傳操縱系統可有效地減輕操縱系統的重量。一般情況下，采用電傳操縱系統后，可減少原機械操作系統所占有空間的50%。電傳操縱系統可提供作戰飛機的戰傷生存力。電傳操縱系統采用多余度設計后，可在機翼和機身內分散布置其總線。若以電氣方式提供能源，即采用“動力電傳”，可有效地提供戰傷生存力。

4.2 缺點

單通道電傳操作系統的可靠性不夠高。為了提供電傳操作系統的可靠性，現代軍用和民用飛機均采用三余度或四余度電傳操作系統，并利用非相似余度技術設計備份系統。

電傳操作系統的成本較高，需要進一步簡化余度和降低各部件的成本。電傳操縱系統容易受雷擊和電磁脈沖干擾影響。所以，電傳操縱系統需要解決雷擊和電磁脈沖干擾的危害。

此外，由于現代飛機越來越多的采用復合材料，其使用率可達30%左右，這樣系統中的電子元件失去金屬蒙皮屏蔽保護，故抗電磁干擾和抗核輻射問題更為突出。

5 故障分析

通過一起飛機通道報故障原因，對此進行分析。

（1）摘要。電磁控制系統是一個以電傳控制為主、機械操縱為輔的“電傳+機械”混合操縱系統。從功能上，電傳控制系統由6個控制通道，分別完成俯仰操縱、傾斜操縱、航向操縱、襟副翼操縱、前緣襟翼操縱、以及極限限制功能，縱向操縱通道為四余度電傳控制通道，通過駕駛員縱向操縱駕駛桿產生的俯仰桿位移信號，或自動控制系統輸入的控制信號，控制水平尾翼的同步偏轉。

（2）故障現象。某型飛機上液壓通電檢查，座艙內電傳1通道燈亮，電傳計算機面板上“左伺服”燈亮。

（3）系統的組成及工作原理。傳系統俯仰操縱通電的組成，主要有駕駛桿縱向位移傳感器、法向過載傳感器、俯仰角度速度傳感器、靜壓傳感器、動壓傳感器、俯仰計算機以及左、右平尾伺服放大器、左、右平尾舵機和左、右平尾作動筒組成。

飛機的縱向操縱，是由左右水平尾翼的同步偏轉來實現的，它們取決于駕駛桿的縱向偏轉，駕駛桿的機械位移，經過縱向桿位移傳感器轉變成電信號，電傳操縱系統計算機又將此電信號傳給舵機的分配機構，分配機構為液壓作動筒分配液壓油，電信號的極性不同，會使作動筒的活塞桿伸出或縮進，從而推動舵面偏轉，實現由駕駛桿到平尾的運動傳遞。

（4）原因分析。一是I通道縱向電傳控制計算機左平尾伺服放大器（YC-80）故障；二是I通道電源組件故障；三是左舵面傳動裝置失效；四是左平尾舵機反饋傳感器電路故障；五是I通道電傳計控制計算機故障。

（5）相關檢查。飛機通電上液壓檢查1通道燈亮，電傳計算機面板報“左伺服”故障。首先為了驗證1通道電傳計算機是否故障，把1通道計算機安裝在2通道位置，通電上液壓檢查故障復現，所以判斷1通道計算機故障，在和成品所技術員分析后，一致認為，可能是1通道電源組件故障，造成安裝在1通道位置上的計算機故障，更換1通道計算機和電源組件，通電檢查系統工作良好，上液壓檢查，飛機仍然報“左伺服”故障，1通道故障燈亮。

分析認為，1通道的線路短路，造成安裝在1通道的計算機燒壞，對1通道的線路進行絕緣測量（同時對故障的2臺計算機進行返廠修理），測量結果良好，對舵機反饋傳感器進行測量，結果良好。

當測量左平尾舵機時，發現1通道電磁閥線圈的電阻值偏小（因無法在舵機工作情況下進行線圈阻值的測量），同時返廠的計算機，修理反饋的信息是2臺計算機的（YC-80）板燒壞。梳理整個排故過程和分析（YC-80）板燒壞的原因，更換左平尾舵機，通電上液壓檢查，系統工作正常，故障消失。

（6）故障原因。電傳計算機內，插件板（YC-80）的R52電阻器開路，造成計算機報“左伺服”故障，（YC-80）的R52電阻器開路的原因，分析后，認為在飛機靜止狀態下，平尾舵機各伺服閥不工作，故測1通道線圈有一定的電阻，而在飛機上液壓，通電舵機工作的情況下，1通道伺服閥線圈有可能短路，造成（YC-80）的R52電阻器開路。

（7）相關原因導致的現象。飛機平尾舵機相應通道伺服閥線圈隱性故障，在靜止狀態下無法表現出來，而在實際工作狀態下，輸出電流值過大，造成相應的計算機板路故障。

例如在這里討論的某型飛機1通道報故，就屬于典型的隱性故障。故障現象是飛機上液壓通電檢查，座艙內電傳1通道燈亮，電傳計算機面板上“左伺服”燈亮，原因就是在靜止狀態下表現不出來的，而在舵機工作的情況下，線圈阻值變小，輸出電流值過大，造成1通道的計算機（YC-80）板子故障。

6 結束語

電傳系統是一個多種參數共同參與工作的復雜控制系統，當飛行中出現故障時，飛行結束后一定要同飛行員詳細溝通，了解飛機在飛行中出現故障時的飛行姿態、速度等參數，及時仔細分析飛行參數記錄數據，以便能更容易使故障定位，并迅速排除飛行中出現的故障。

通過典型故障分析的過程，筆者體會到：隨著飛行控制技術和計算機技術的發展，數字式系統越來越多的應用到現代飛機中，這就要求我們對自己的要求越來越高，要不斷地學習新的知識，提高自身的業務水平，在排除故障過程中，應熟悉系統的組成和工作原理，通過細致的分析和測量，才能使排故過程少走彎路，減少損失。

[1]蔡滿意.飛行控制系統[M].北京：國防工業出版社，2007.

[2]吳文海.飛機綜合控制系統[M].北京：航空工業出版社，2007.