B737飛機迎角傳感器故障分析

吳鋒 宋劍

0 引言

大氣數據系統是飛機重要系統之一，直接影響飛機的操縱模式與飛行狀態。飛行所需的大氣數據由采集到的原始參數計算獲得，原始數據包括全壓、靜壓、總溫、迎角。其中迎角（AOA）是飛機與大氣之間相對運動的矢量與飛機或機翼上的參考線之間的角度，大多數商用噴氣式飛機使用機身中心線或縱軸作為參考線。迎角數據是飛行控制的重要參數之一，飛行控制系統根據飛機全重、迎角、空速等參數，調整飛機姿態及發動機推力，以確保飛機的姿態處于安全飛行包線中。迎角傳感器的故障可以導致間隙或連續性抖桿、最低速度不正確、增大控制飛機低頭的操作力、空速不一致警告、高度不一致警告、AOA不一致警告、感覺壓差燈亮、自動駕駛脫開等故障。

上述故障在飛行的各個階段可能導致運行風險，包括沖出跑道、飛機返航備降、飛機失速、非指令配平。

1 迎角傳感器的原理

波音737飛機有兩個迎角傳感器，分別裝在駕駛艙前下部的兩側，飛機具備一定的運動速度后（空速80節以上），外部的氣動力驅動風標葉片轉動與氣流方向一致，帶動葉片轉軸連接的兩組轉子線圈，在垂直的定子線圈（與機身固定的正弦余弦解算器）上產生對應的感應電動勢，用于測量轉子轉動的角度，即飛機的運動中的迎角。

每一個迎角的角度信號分為兩路輸出：一路送至同側的失速管理偏航管理組件（SMYD），用于失速警告邏輯的判斷，如圖1所示。

另一路送至同側大氣數據慣導組件（ADIRU），用于計算高度、空速等大氣數據的補償參數，如圖2所示。

2 迎角傳感器的結構

2.1 AOA的外觀示意圖

迎角傳感器分為機械部分和電氣部分。機械部分由殼體、安裝座、風標等組成。電氣部分由兩組轉子線圈、兩組定子正弦余弦解算器、兩個電插頭、加溫電路等組成。如圖3所示。

2.2 AOA內部線路圖

迎角傳感器的J1電插頭包含一組解算器，將迎角信號提供給SYMD，此插頭中還包含迎角傳感器的電加溫電路。J2插頭包含一組解算器，將迎角信號提供給ADIRU。如圖4所示。

3 AOA常見故障

通過梳理波音737機隊的故障記錄，可以將迎角傳感器的故障分為以下幾類。

1） 外觀缺損

日常對飛機做外觀檢查的工作包含了對迎角傳感器的目視檢查，檢查迎角傳感器是否存在外部材料丟失、葉片彎曲、變形等故障。波音于2020年10月15日新修訂了AMM中關于迎角傳感器的檢查標準，要求如果風標葉片受到沖擊（如鳥擊、冰擊等），即使沒有可見的外部損壞跡象，也應將葉片卸下并送至維修機構進行測試分析，以確保內部沒有損壞。安裝座表面痕跡/劃痕不會影響葉片的空氣動力學性能或面板的結構完整性，所以安裝面板上的痕跡/劃痕是可以接受的。

2） 轉動阻尼超標

風標轉子需要轉動相對靈活（無卡阻），外部空速風力可以克服風標本身的重量驅動轉子轉動，才能有效地測量迎角傳感器數值。但是風標轉子還需具有一定阻尼，否則在高速氣流下，會產生震顫效應，導致風標轉子劇烈震動。因此要求迎角傳感器的風標轉子的阻尼值在一定范圍內，需要進行阻尼測試。

3） 內部電路故障

內部電路故障包括加溫電路故障或轉子電路、解算器電路部分故障。加溫電路用于迎角傳感器防冰，采用115V交流電加熱方式，當出現加溫故障沒有加溫電流會導致頭頂板迎角加溫燈點亮。迎角傳感器失去防冰功能，如果在空中結冰卡阻，無法準確測量迎角。圖5為加溫面板在地面的顯示狀態，當加溫開關放在AUTO位置，加溫電路由空地信號控制（飛機在空中開始加溫）。加溫開關放放在ON位置，迎角傳感器始終處于加溫狀態。

轉子電路、解算器故障會導致迎角傳感器輸出的數據錯誤或者無效，一般的故障原因是線圈斷路、電阻超標等。需要分別對ADIRU或SMYD做自檢測試，判斷是哪一路迎角傳感器的數據不正常。圖6為右側迎角傳感器故障的測試頁面。

4 AOA的測試

為判斷故障或者更換迎角傳感器后，需要按照AMM34-21-05手冊進行測試。測試的主要內容如下：

4.1 阻尼測試

將迎角傳感器葉片撥至高止動點，撥至低止動點，確認葉片轉動無卡阻。反向將迎角傳感器葉片由低止動點撥至高止動點，確認葉片轉動無卡阻。將迎角傳感器葉片停留于高止動點，緩慢用阻尼計觸角將葉片數頂至低止動點并讀數，確認阻尼低于110克。將迎角傳感器葉片停留于低止動點，緩慢用阻尼計觸角將葉片頂至高止動點并讀數，確認阻尼低于110克。在任一止動位，用手輕拍迎角傳感器葉片，確認無其他外力影響下葉片轉動不超過200度。如圖7所示。

4.2 AOA角度精度測試

依據AMM34-21-05，在迎角傳感器葉片上安裝角度固定工具J34002-19，調整到固定角度，如圖8所示。

在SMYD和MCDU讀取角度數值，要求讀數誤差均在±1°。如圖9所示。

在FCC-A測試接頭J3 銷釘51（HI）52（LO）連接429數據分析儀，標號設置為221，讀取迎角傳感器角度，要求讀數誤差在±1°。

4.3 加溫測試

在駕駛艙將探頭加溫開關放在ON位置，確認迎角傳感器加溫燈熄滅，確認迎角傳感器溫度上升，斷開迎角傳感器加熱跳開關，確認加溫燈點亮，并且停止加熱。

5 故障案例分析

1）案例一，某架飛機右PFD出現“SPD” “AIL”的故障旗幟，如圖10所示，更換右迎角傳感器傳感器，測試正常。

具體排故過程為：飛機航前滑出后，右PFD顯示器上間歇出現“SPD”和“ALT”故障旗，滑回后，做ADIRS測試，歷史故障01航段有：34-21007 ADR DATA INVLD和34-21023 AOA SIGNAL FAIL維護信息，信息顯示右側迎角傳感器信號錯誤。更換右側迎角傳感器，飛機正常放行。

當空速不一致、高度不一致故障同時出現，因為同側的氣壓高度和空速計算都需要使用同側的迎角傳感器數據作為基礎數據，所以首先需要檢查同側的迎角傳感器。

2）案例二，某架飛機反映空中右側PFD高度速度指示短暫消失后正常。地面做DEU自檢正常，做右ADIRU自檢有故障歷史記錄，01和04段有信息“34-21007”“34-21023”，左ADIRU自檢正常。執行SMYD 2自檢有歷史故障信息“27-32012”，如圖11所示。更換右迎角傳感器，與其他飛機同位對調ADIRU R測試正常。

3）案例三，某架飛機航前有左失速警告狀態信息。測試SMYD-1測試0航段故障記錄27-31032，SMYD-2測試0航段故障記錄27-32032，更換左右2個AOA傳感器、1號SMYD和2號SMYD，測試正常。由于迎角傳感器第一組解算器給SMYD提供迎角信號，用于判斷飛機姿態，如出現故障會導致SMYD無法判斷，并且根據該數據是否到達臨界迎角，同時也會影響SMYD對最大操作空速值的計算，影響速度帶速度限制的計算。此類故障可以通過SMYD的自檢發現。

4）案例四，某架飛機航前滑出后反映右座PFD速度帶和高度帶無指示，顯示故障旗，飛機滑回。更換AOA和2號ADIRU，測試正常。本次故障排故中，通過轉動右側迎角傳感器迎角風標葉片后故障消失。通過轉動和敲擊右側迎角傳感器迎角風標葉片故障重現。故障重現時，在CDU頁面檢查，ADIRU輸入信號右迎角傳感器顯示“FAIL”。更換右側迎角傳感器后，測試正常。做預防性維護，更換右側慣導組件，測試正常。

6 故障的快速處理方法

迎角傳感器本身的工作原理并不復雜，故障形式易于區分。但是由于迎角參數對飛機大氣數據的計算、失速警告邏輯的判斷都起著重要作用，因此出現此類故障務必做到徹底排除，方可放行飛機。因此本文提出一種快速排故方法，具體步驟如下：

（1）對于機組反映的故障，首先詢問機組故障出現的飛行階段，或在駕駛艙觀察故障是否實時存在？

（2）對于機長或副駕駛PFD上的氣壓高度或空速不顯示，“ALT”或“SPD”故障旗出現，觀察同側的AOA傳感器外觀是否完好？

（3）然后在MCDU上做ADIRU測試，在E/E艙做SMYD測試，觀察故障代碼，確認AOA參數是否正常顯示。嘗試轉動并輕微震動敲擊對應的迎角傳感器，觀察MCDU和SMYD上迎角角度指示是否穩定變化，如果兩項均正常，可以判斷AOA傳感器工作正常。如果數據錯誤，需要更換AOA傳感器。

（4）對于出現失速警告故障，需要在SMYD上完成自檢，并查看歷史故障代碼，如果有涉及迎角傳感器的代碼，同樣可以使用上述方法隔離迎角傳感器。

（5）由于迎角傳感器的更換及測試比較消耗工時，因此在更換前需要有確切的判斷，避免盲目更換迎角傳感器，并對排故工作產生誤導。詳細流程見圖12。

7 結束語

出現迎角傳感器故障的飛機是不可放行的，必須要徹底排除故障。為了避免出現惡性延誤，需要對故障做快速準確的判斷。本文通過對AOA迎角傳感器結構和原理的分析，結合AOA迎角傳感器的檢查測試方法和案例分析，給出了一種故障快速排除的基本思路和方法，對保證飛機安全和航班正點有著重要的意義。