某型飛機電傳系統交聯故障研究

李平武，劉志勇，游炯華

（國營蕪湖機械廠，安徽 蕪湖 241007）

現代飛機裝配有大量的各類傳感器，用于測量飛行所需的初始參數。線加速度傳感器，用于測量飛機法向、側向的線性加速度，產生與線性加速度成正比的直流電壓信號，輸出供給操縱系統作為反饋控制信號,其測量精度和工作可靠性，直接決定飛機操縱系統工作的穩定性[1]。為了降低傳感器引起的電傳系統故障率，需要充分了解和掌握該類傳感器的工作原理和維護方法，開展故障分析，制定改進措施。

1 故障現象

某型飛機飛行時電傳4通道故障信號燈亮，能按滅，飛行故障清單報“極限通道故障”，地面檢查發現4通道電傳計算機面板上“俯仰2”和“極限”信號燈亮。

2 原理分析

2.1 極限限制通道工作原理

該通道主要接收法向過載允許值、迎角允許值、當前迎角值，以及桿位移、過載、角速度、動壓等信號，在極限限制計算機中進行控制律計算，限制拉桿時產生正向過載和迎角。在飛行中當駕駛員沿縱向拉駕駛桿時，迎角和過載處于允許范圍內，縱向桿位移傳感器的輸出信號XP除了輸給俯仰操縱通道，同時也輸給極限限制計算機，此信號變換為相應的控制信號XPm驅動極限舵機帶動彈簧拉桿移動，保持彈簧拉桿與駕駛桿搖臂之間有一間隙d,不妨礙縱向操縱，控制通道中同時還加入法向過載、俯仰角速度和迎角信號，其中法向過載信號用以調整間隙d（見圖1），迎角和俯仰角速度信號用以改善極限舵機的跟隨特性。

圖1 極限限制通道原理圖

2.2 極限限制通道故障表決監控原理

極限限制通道為帶有計算機和伺服機構檢測裝置的無余度系統，其表決監控方式如圖2所示。

圖2 極限限制通道邏輯表決原理圖

在電傳控制計算機內配置有極限計算機和伺服放大器插件，兩塊極限狀態計算機分別接收來自3、4通道的法向過載、俯仰角速度、迎角、桿位移等信號，進行相同的極限限制控制律計算，并對兩者輸出進行比較監控。當4通道法向過載、俯仰角速度、迎角、桿位移輸入信號異常，超過預定門限值時，斷開舵機離合器，觸發故障告警信息，提醒和限制駕駛員的操縱。

2.3 縱向通道反饋控制工作原理

縱向通道反饋控制信號由俯仰角速度信號和法向過載信號組成，二者分別用于增加飛機縱向動態阻尼和靜安定性，以達到改善飛機縱向飛行品質、放寬靜安定性的目的。為了滿足不同飛行狀態的要求，俯仰角速度信號和法向過載信號反饋分別按q（動壓信號）進行調參，并根據不同飛行狀態改變其傳動比。在飛行狀態，系統采用俯仰角速度信號和法向過載信號的混合反饋，俯仰角速度信號、法向過載信號輸入電傳控制計算機后，經傳動比調節和結構濾波器校正、調參。在起飛、著陸狀態，法向反饋信號斷開，俯仰角速度信號除保留飛行狀態控制信號外，增加校正輸入信號。綜上可知，縱向通道與極限限制通道信號交聯復雜，互相影響，交聯關系如圖3所示。

圖3 縱向通道與極限限制通道信號交聯關系圖

2.4 線加速度傳感器簡介

線加速度傳感器是由質量擺式加速度傳感器和放大器組成的閉環測量加速度系統，主要用于測量飛機敏感軸方向的線加速度，并輸出直流電壓信號，其值與作用于測量軸的線加速度成正比，符號取決于線加速度作用的方向，其輸出供給操縱系統作為反饋控制信號。原理如圖4所示。

圖4 線加速度傳感器原理圖

當線加速度傳感器在敏感軸方向受線加速度作用時，質量擺產生偏擺力矩，使懸掛系統偏轉α角，通過角傳感器產生與α角成比例的電壓u,經相敏整流，放大后轉換為一定極性的電流I給力矩器線圈，力矩器產生與電流成比例的力矩與質量產生的偏擺力矩相平衡。

3 故障排除

（1）由于故障現象不穩定，時有時無，接地面檢測設備檢查系統各通道電壓輸出均正常；

（2）通過全靜壓試驗器模擬飛行高度、速度，上電檢查故障不復現；

矩形空心墩軸壓比為0.1，在不同剪跨比、配筋率時，空心墩位移延性隨縱筋強度變化情況見圖13。由圖13可以看出：剪跨比、縱筋配筋率不變時，空心墩極限變形能力隨著縱筋強度的提高而減小，同時圖中各線基本平行，說明由于縱筋強度的提高，空心墩位移延性的下降變化率不受剪跨比與配筋率的影響。

（3）拆下4通道電傳計算機和電源部件，目視檢查插釘、插窩無彎曲、斷折、退釘、松動、多余物現象；

（4）為了復現故障，拆下角速度傳感器，模擬空中飛行狀態，反復測試故障不復現；

（5）拆下線加速度傳感器并模擬法向過載的變化，故障復現，4通道故障信號燈亮，故障清單報“極限通道故障”，計算機面板上“俯仰2”和“極限”信號燈亮，對調3、4通道法向線加速度傳感器插頭，再次上電，模擬故障轉移到3通道，確定4通道法向線加速度傳感器失效。為了進一步查找傳感器失效原因，接傳感器試驗臺，在最大遠距偏差電流下，測量最大輸出信號值為6.6 V，正常為(5±0.3) V，且不能調整，確定傳感器組件故障。由于傳感器組件放置在一個充氮密封殼體里，不可分解修理，傳感器返制造廠進一步檢查。

綜上分析，本次故障為4通道法向過載傳感器失效，在俯仰計算機2監控表決出故障，“俯仰2”故障信號燈亮，同時當4通道法向過載信號異常時，極限計算機根據輸入的法向過載信號進行極限限制控制律計算并進行比較監控，超過預定門限表決出故障，故障清單報“極限通道故障”，同時“極限”信號燈亮。

4 線加速度傳感器失效原因分析

（1）受材料和制造工藝限制，線加速度傳感器精確度和可靠性無法達到理想狀態，當飛機大機動、大過載飛行或航炮靶試時，質量擺容易產生瞬時卡滯，機械限位差異引起輸出不一致，導致航向通道表決值超出門限，電傳控制系統報航向通道故障，部分傳感器在外力作用下或斷電后再上電恢復正常工作。

（2）產品防護不當對傳感器內部結構造成損傷，主要表現在：①傳感器移動過程中防護不當，較大幅度的晃動，對傳感器內部結構造成損傷；②系統調試時，未按工藝規定先斷開機上電源，而是帶電進行傳感器插頭的拆裝；③系統下電后，未等傳感器完全停止運轉，就開始拆裝工作或移動傳感器；④外場牽引飛機或試車時，飛機緊急制動或劇烈晃動，對傳感器內部結構造成損傷。典型案例：某型機進行直接機務準備時，在完成各系統通電檢查后，按計劃進行發動機性能試車，牽引飛機的過程中，機務人員發現牽引道上有石塊，讓座艙機械師緊急剎車，機械師在拉應急剎車手柄時，由于用力過大，加上飛機滿油狀態，導致飛機剎車瞬間機頭劇烈晃動，在發動機性能試車時電傳1通道故障信號燈亮，最終定位“1通道航向線加速度傳感器”故障。由于牽引飛機前系統上電均正常，判斷造成故障的直接原因是牽引飛機時剎車過猛，機頭劇烈晃動，造成傳感器內部元器件失效。

5 改進措施

（1）新品入庫時，提高傳感器零位信號電平、靈敏度閾值、噪聲電平、消耗電流、絕緣電阻的檢查標準，對一些參數在臨界狀態的傳感器進行返廠處理；日常產品修理時，使用浸潤酒精的細棉布擦拭元器件表面，并用壓縮空氣吹干接點上的殘余酒精，防止元器件損傷，提高產品在外場工作的可靠性。

（2）針對線加速度傳感器故障率高的問題，邀請傳感器設計制造部門專家開展故障研討活動，梳理和分析傳感器失效的原因，從產品制造材料、工藝、生產環境等方面入手，提高產品制造精度和可靠性，并制定產品升級方案。通過控制傳感器組件機械限位值、增加二極管陣列降壓模塊降低最大輸出幅值、調整動態電容優化高頻動態特性等改進措施，對傳感器進行了改進。從外場使用情況看，升級后的線加速度傳感器故障率明顯下降，改進效果良好。

（3）外場維護時，加強對各類傳感器的防護，明確輕拿輕放要求，并定期組織工藝學習，開展現場工藝紀律檢查，嚴禁“帶電操作”；外場牽引飛機、羅差校正、試車滑行需要制動飛機時柔和拉動應急剎車手柄，避免用力過猛導致飛機劇烈晃動，對傳感器內部結構造成損傷。

6 結論

線加速度傳感器在軍用、民航飛機上應用比較普遍，傳感器的可靠性直接關系著飛機的可靠和飛行員的生命安全。因此，要提高產品質量，良好的機務作風和過硬的業務能力是基礎。對于日常維護中發現的系統性問題，要做好產品的持續改進，一方面加強自身發現問題、解決問題的能力，同時與產品設計部門、制造部門建立有序聯動，這樣才能從根本上解決問題，達到提高產品質量的目的。