某型直升機組合導航系統故障分析與排除

楊立海 張家鵬

摘要：通過對某型直升機一起慣導系統故障進行分析研判，采用飛參判讀的方法進行故障定位，并成功排除故障。

關鍵詞：慣導系統；飛行參數；記錄

Keywords：inertial navigation system；flight parameters；record

1 故障情況

某型直升機慣導系統由慣導主機、多普勒雷達、磁航向傳感器、衛星接收天線等組成，是該型直升機的主導航設備，可以為綜合顯示系統、自動駕駛儀及飛參采集記錄系統提供高精度數字化信號。

一架該型直升機轉場過程中，飛行兩小時后綜顯導航畫面數據出現卡滯，故障清單顯示衛星接收機故障、組合導航部件失效、速度越界故障。機組對組合導航系統斷電后重新上電進行空中對準，組合導航系統正常工作了幾分鐘后再次出現上述故障現象。機組再次斷電6min左右，重新上電進行空中對準，組合導航系統工作正常。

2 故障原因分析

飛機落地后，對慣導系統進行通電檢查，故障沒有復現。對該系統的連接導線進行全面檢查，并未發現連接導線存在短路、斷路等情況。因此決定對飛參數據進行判讀，查找可能存在的故障原因。

2.1 飛參數據判讀

飛行1h59min23s時，GNSS經度和緯度數據存在異常跳點，1h59min27s天向速度出現異常，如圖1所示。

飛行2h00min05s到2h05min03s，組合導航系統第一次報“慣性導航失效”“速度越界”故障，天向速度異常（見圖2）；2h01min57s到2h02min06s期間報“GNSS無效”（見圖3）。

飛行2h05min04s斷電后進行第一次空中對準，2h08min13s導航系統進入正常工作狀態。飛行2h12min20s時，GNSS經度和緯度數據存在異常跳點；2h12min26s天向速度出現異常（見圖4）。

飛行2h12min54s到2h17min41s期間再次報“慣性導航失效”“速度越界”故障（見圖5）。

飛行2h17min42s后第二次進行空中對準，2h19min52s顯示“GNSS無效”，導航系統無法完成空中對準（見圖6）。

飛行2h40min04s進行第三次空中對準，直到4h03min28s飛行結束，整個過程中組合導航系統工作正常。

2.2 飛參數據分析

1）“速度越界”“慣性導航失效”原因分析

飛行過程中，組合導航系統每5s使用GNSS數據（衛星經緯度）對導航參數信息進行修正，當GNSS經度和緯度數據存在異常跳點且持續時間超過5s時，軟件采集到該異常數據后會對導航參數信息進行錯誤修正，導致解算的天向速度異常，達到速度越界門限511km/h，對外報“速度越界”故障，同時報“慣性導航失效”。

2）空中對準失敗原因分析

根據解算條件，空中對準必須在GNSS經度和緯度數據有效的情況下進行。第二次空中對準期間，飛參數據顯示對準組合導航系統報“GNSS無效”，導致空中對準流程無法執行，綜顯一直顯示組合導航系統對準中，無法完成對準。

第一次和第三次空中對準期間，GNSS數據有效，組合導航系統正常完成對準，數據輸出正常。

綜上所述，GNSS衛星數據異常和“GNSS無效”是導致上述故障發生的原因。

3 故障定位

根據組合導航系統工作原理，造成GNSS衛星數據異常和“GNSS無效”的原因有：外部GNSS信號受到干擾、導航系統衛星天線故障、衛星接收模塊故障。

結合飛參數據分析，兩次故障發生時，飛機沿航線飛行，兩次衛星數據跳變在不同位置，相差十幾公里，飛行高度在3300m左右，因此可排除外部GNSS信號受到干擾的可能。

1）“GNSS無效”

飛行過程中報“無效”時，飛參數據顯示GNSS經度和緯度數據仍在刷新且無跳點，可判定衛星天線工作正常。在GNSS經度和緯度數據有效的情況下，衛星接收模塊報GNSS經度和緯度數據無效，說明慣導系統內部衛星接收模塊存在故障。

2）GNSS衛星數據異常

飛行過程中多次出現GNSS位置數據跳變的情況，根據組合導航系統工作原理分析，慣導系統內部衛星接收模塊和導航系統衛星天線故障均可能導致該現象的發生。

綜上所述，造成本次故障的原因是組合導航系統慣性測量部件內部的衛星接收模塊或導航系統衛星天線出現故障。

4 故障驗證

對原裝機件進行地面通電檢查，通電1h40min，對飛參數據進行分析，在1h20min左右，出現兩秒“GNSS無效”。

更換慣性測量部件和衛星接收天線后，再次通電檢查，通電1h40min，對飛參數據進行分析，組合導航系統工作過程中未出現故障。

綜上所述，本次故障的原因就是組合導航系統慣性測量部件內部衛星接收模塊或衛星接收天線出現故障。更換組合導航系統慣性測量部件和衛星接收天線，經地面通電驗證故障已排除。