超短波定向機電源系統故障分析

喬振磊　馬爍甫姜露

摘 要：針對某型飛機機載設備超短波定向機機上報故問題進行了深入分析，從定向機的基本組成和工作原理出發，針對故障現象和特點，開展故障原因分析，得出了相應的結論，并提出了測試項目改進及設備改進的有效建議，對于保證產品維修質量起到了至關重要的作用。

關鍵詞：定向機；電源系統；過壓保護；故障分析

引言：在某型飛機機載設備超短波定向機試驗過程中發現，在內場檢測良好，在外場機上試驗過程中不工作。這類故障隱蔽性強，使排故人員無從下手。針對故障現象和特點，通過對檢測設備、產品本身、飛機試驗環境等多方面原因的分析，判斷為定向機本身問題。本文從定向機工作原理入手，提出了一套合理有效的排故思路，完善了檢測方法，大幅度降低了該類產品的故障率。

一、定向機概述

超短波定向機用于接收VHF/UHF頻段的垂直極化信號，并提供其相關的方位信息。它與VHF/UHF頻段的調幅接收機和相應的方位顯示系統一起，共同完成自動定向功能。主要用于航空救生的搜索和尋找、空中加油、輔助歸航和空中會合等任務。

（一）組成及功能概述。超短波定向機與VHF/UHF頻段的調幅接收機共同組成自動定向系統，如圖1所示。由調幅接收機與定向機協同工作，實現自動定向功能。通過顯示器來顯示飛機相對搜索目標的方位信息。

由發射源（目標）方位來的射頻信號，被定向天線接收；該信號經定向機調制處理和前置放大后送到超短波電臺進行選擇、變換、放大和第一次解調（檢波），并輸出帶方位信息的視頻信號加到定向機，經放大和解調（鑒相）處理，解算出方位信號，并經伺服放大后驅動伺服電機帶動同步發送器輸出三相模擬方位。

（二）定向機原理概述。超短波定向機是采用比幅定向技術的無線電導航設備，比幅定向技術是利用在相差180°的兩個心型方向性圖以比較信號的大小來確定信號進入的方位角。定向機是利用本身的定向天線方向性呈心型的特點，并借助電子開關以一定的速率轉換定向天線的饋電端和終端負載，以獲取兩個在相位上互差180°的心型方向性圖。方向性圖相交的兩點稱之為等強信號點。通過等強信號點的連接軸稱為定向天線的零軸，一般在飛機上安裝定向天線時天線零軸必須與飛機縱軸線相重合，這樣當地面或空中無線電臺發射無線電波的來向，對準飛機縱軸方向時，定向天線不產生方位信息，而當電波來向偏離飛機縱軸方向時，定向天線將產生方位信息。方位信息的大小與偏離角度成正比，且將無線電波變為受方位信息調制的調幅波。然后送至接收設備及自動定向電路經過一系列變換再去控制定向天線以自動跟蹤電波來向，并由具有同步連接的航向指示器指示出來。飛行員可根據指示器的指示不斷校正飛行航向。

（三）定向機主要功能電路概述。（1）電源電路。電源電路是由開關三極管組成的復合型開關電路和過壓保護電路組成。如圖2所示，1C1，1C2，1L1組成濾波電路對輸入的﹢27V電壓濾波，1R1是限流電阻，1V1是防浪涌二極管。1V3為濾波電容。由1V6，1V7兩只開關三極管組成，復合型開關電路，為自動定向電路提供﹢27V電壓；由1V18，1V19兩只開關三極管組成復合型開關電路，

為內接收機提供﹢27V電壓。由1C8，1C9，1L2，1C14，

1C15，1L3組成的濾波電路對控制信號濾波。采用復合型開關電路，可以用較小的基極電流Ib2（約8mA）去控制較大的負載電流（700mA）。1V5和1V17二極管為負脈沖提供通路。（2）定向保護電路。當機載超短波電臺發射時，即發射保護接地，此時通過1V3、1V1分別控制1V4、1V16導通，使1V6、1V7、1V18、1V19截止，均無電壓輸出，定向機、定向天線無電壓，從而保護定向機。（3）過壓保護電路。當輸出電壓大于30V時，由1V21、1V22、1V23、1V24、1V25、1V26組成的過壓保護電路，使1V26導通到地，通過1V2、1V15分別控制1V4、1V16導通，使1V6、1V7、1V18、1V19截止，均無電壓輸出，定向機、定向天線無電壓，從而保護定向機。

二、定向機故障檢測

（一）產品主要性能檢測。（1）定向靈敏度。在射頻垂直極化場（調制或非調制）中，定向靈敏度不大于50μV/m。（2）等效靈敏度。在正常測試條件下，等效靈敏度不大于10 μV。（3）定向精度。在正常測試條件下，0°-360°范圍內每隔45°點上的相對偏差應不大于±10°，在該八個點的有效偏差應不大于

3.5°。在飛行條件下，上述兩值應不大于±10°及7°。（4）阻塞電平：不小于40mV。（5）過沖。在自動定向時，指示器指針過沖不大于15°。（6）擺動。在自動定向時，指示器指針擺動不大于±3°。（7）電源。直流27V；交流115V（400 MHz）。在內場應用測試設備，對以上性能參數進行測試，發現產品工作正常，性能合格。

（二）產品電源系統深度剖析。在定向機內部設有電源開關電路。定向機內部共有+27V、+15V兩種直流電壓。+27電壓經開關電路直接取自飛機電源，定向機內部還使用單相115V交流電壓，它直接取自飛機電源。

定向機內部有電源模塊、接收模塊、頻合模塊、自動定向模塊等幾部分組成。由電源模塊給其他模塊提供工作電源，各個模塊聯合工作，實現定向機整體功能。電源模塊內部有專門的過壓保護電路，當輸入電壓超過過壓保護的電壓值后，電路過壓保護，電源系統無輸出電壓，定向機不工作。

過壓保護模塊原路圖如圖3所示。

三、故障排除

針對產品在內場檢測合格，但是機上試驗不工作的情況，首先懷疑為產品問題，多次更換定向機后，發現部分定向機工作正常，部分定向機仍無法工作。將不工作的定向機在內場多次檢測試驗之后，并未發現問題，后懷疑為產品與飛機的匹配問題。以此定性并不能根本解決問題，又開展飛機試驗環境的檢測工作，經全面排查之后，發現飛機本身試驗環境基本無問題。最終將問題放在飛機的供電系統上，發現飛機地面試驗并不是每次都開車，由飛機本身電源系統供電，而是應用的地面電源車。本應為27V正常供電，但是，當飛機上接通的機載設備較少時，電源車供電電壓較高，有時甚至高于30V。前期，已對產品電源系統做了深入分析，產品本身有過壓保護模塊，電源車輸出的供電電壓高于了產品的過壓保護電壓，導致定向機電源系統過壓保護，使電源系統沒有電源輸出，定向機無法正常工作。

四、故障分析

產品電源系統設有過壓保護模塊，一但供電電壓高于過壓保護電壓，電源系統將無法輸出正常的供電電壓，使產品無法正常工作，功能無法實現。內場測

試一般供電電壓為27V，而外場試驗采用的地面電源車供電往往無法保證準確的供電電壓，存在一定的偏差，當電壓較高時導致了產品電源系統的過壓保護。內場在測試過程中，缺少產品過壓保護電壓的檢測環節，不確定產品的過壓保護電壓值為多少，若有此檢測環節，將過壓保護電壓調節到30V，并保證電源車正常供電，就可以避免問題的發生。

五、模擬試驗及驗證結果

根據故障現象及排查情況，對機上試驗無法工作的定向機進行調整。將定向機內部電源系統的過壓保護電壓調節至30V，再次裝機試驗，發現定向機可正常工作。因此，根據試驗結果綜合分析，該故障的主要原因是定向機修理過程中缺少過壓保護電壓項目監測與調節。部分定向機的過壓保護電壓偏低，當供電電壓高于過壓保護電壓時，電源系統處于過壓保護狀態，沒有電壓輸出，導致定向機無法正常工作。

六、措施與建議

在定向機大修過程中，增設電源部分過壓保護電壓檢測環節，將產品的過壓保護電壓調節至30V。另外對內場檢測設備進行擴展、升級，進一步完善測試項目及測試方法。

（一）設備改進關鍵技術簡述。（1） 使用（15-35）V內置可調電源，為產品提供精準、穩定的供電，實現產品的過壓保護電壓檢查功能。（2）使用實時監控技術，可實時監控產品工作電壓及電流等參數，保證檢測項目符合技術要求。（3）使用內置可調電源，增加ADF控制和發射控制功能，增加電源隔離器，使測試功能更加完善。

擴展改進設備面板圖如圖4所示。

總結：近年來，隨著國家武器裝備的更新換代，裝備于軍用飛機上的電子通訊設備日趨先進，對于飛機穩定性和作戰能力的提升起到了至關重要的作用。面對電子產品故障較多的局面，需要發現問題，深入分析，從產品原理上著手，精確定位，找出故障根本原因，才能提出合理有效的解決辦法。

參考文獻：

[1] 嚴東超主編. 飛機供電系統[J].北京：國防工業出版社，2010.