高可靠性旋翼折疊軟件控制邏輯設計

陳利國，吳麗媛 ，王偉，宋治惠

（中國直升機設計研究所 機電管理專業 ，天津，300300）

直升機在某些區域，受限于存放空間，需要具備旋翼折疊和展開功能。旋翼折疊分為人工折疊和自動折疊兩種方式，而自動折疊又分為液壓折疊和電動折疊。目前，我國自動折疊型直升機基本全部采用液壓折疊方式，液壓折疊采用液壓作動筒和液壓式等裝置，存在液壓油泄露、污染等問題。對于國外的折疊型直升機，已經有很多型號采用電動折疊方式，并在實戰中得到驗證[1-3]，其重量輕、無污染等的優點必然會使其成為折疊直升機的發展趨勢。我國在這方面的技術水平和經驗都存在很大不足，所以對電動折疊系統的研究很有必要性。

軟件是電動折疊系統的重要組成部分，一般軟件包含有折疊驅動系統控制軟件、盤槳控制軟件、鎖定裝置控制軟件以及機電綜合管理軟件等。其中，機電綜合管理系統在各執行機構及軟件運行階段承擔下達指令以及接受判斷各系統狀態及故障的任務，其可靠性關乎旋翼折疊與展開的成功與否。

1 原理及控制流

旋翼折疊過程包含盤槳作動器對齒、限動鎖上鎖、盤槳、盤槳作動器脫齒、折疊作動器拔銷、折疊[4]；旋翼展開過程包含槳葉展開、折疊作動器插銷、限動鎖開鎖。其原理圖如圖1所示，機電綜合管理系統通過采集輪載、折疊控制板等信號，判斷旋翼系統是否具備折疊或者展開條件，具備后，通過與盤槳控制器及主槳集流環的信息交互，控制折疊執行機構進行折疊與展開，并實時監測各執行部件的狀態[5]。從其原理可以看出，機電綜合管理系統承擔旋翼折疊與展開的具體流程的指令下發及狀態判斷，旋翼執行機構按照什么樣的流程，每個流程的執行情況以及每個執行機構的工作狀態都是由機電綜合管理系統決定的，其重要性不言而喻，所以機電綜合管理系統的軟件可靠性、全面性對旋翼折疊系統及其重要。

圖1 旋翼折疊原理交聯圖

盤槳控制器接收機電綜合管理計算機的控制指令，同時判斷執行機構的位置信息，驅動盤槳電機，使直升機旋翼在剎車盤的轉動下旋轉到需要的位置；通過獨立的對齒電機控制剎車齒輪與剎車盤的嚙合脫開，其控制流圖如圖2所示。

圖2 盤槳控制器控制流圖

支臂限動鎖驅動裝置接收機電綜合管理計算機的控制指令，同時判斷限動鎖當前位置信息，驅動電機運動，支臂限動鎖驅動裝置通過驅動支臂限動鎖撥叉組件，實現對旋翼支臂的鎖定與開鎖動作，其控制流圖如圖3所示。

圖3 支臂限動鎖控制流圖

折疊控制器接收機電綜合管理計算機發送的折疊控制信號[6]，同時根據槳葉機構位置狀態信號判斷折疊或展開狀態，經解算后，驅動伺服電機帶動主軸完成插銷、折疊或展開、拔銷動作，使旋翼達到折疊或展開狀態，其控制流圖如圖4所示。

圖4 折疊控制器控制流圖

2 旋翼折疊控制邏輯設計

確定旋翼折疊的與各個執行機構的控制流后，需要對旋翼折疊的流程進行確定。旋翼折疊時，機電綜合管理系統首先收到地勤人員從折疊控制板發來的折疊指令，通過判斷自檢狀況及直升機所處狀態，確定可以執行旋翼折疊流程后，開始調整旋翼總距，調整到位后，分別給盤槳作動器和支臂限動鎖下發指令進行對齒及上鎖操作，機電綜合管理系統判斷對齒及上鎖操作到位后，進行松剎，確定松剎操作后，控制盤槳作動器進行盤槳，為防止旋翼因外力及重力轉動，進行剎車處理后，機電綜合管理系統控制盤槳作動器脫齒，在機電綜合管理系統收到脫齒到位后，控制折疊作動器進行拔銷處理，待拔銷到位后，各槳葉按照順序依次進行折疊，具體流程如圖5所示。

圖5 旋翼自動折疊流程圖

旋翼展開時，機電綜合管理系統首先收到地勤人員從折疊控制板發來的展開指令，通過判斷自檢狀況及直升機所處狀態，確定可以執行旋翼展開流程后，機電綜合管理系統給折疊控制器下發指令，控制各槳葉按照順序依次展開，機電綜合管理系統判斷槳葉展開到位后，依次控制折疊作動器執行插銷動作及支臂限動鎖執行開鎖動作，從而實現旋翼的自動展開，具體流程如圖6所示。

圖6 旋翼自動展開流程圖

旋翼折疊與展開的可靠性和快速性直接影響到裝備作戰速度，為了提高旋翼折疊的可靠性，需要考慮自動折疊流程的中斷及故障的出現，如：通訊中斷、自檢失敗等故障，在此情況下，可以使旋翼在當前的狀態下繼續通過某種手段實現旋翼的折疊與展開。因此，設計了自動折疊以外的單步折疊方法，即在旋翼折疊與展開過程出現中斷的情況下，通過操縱機電綜合管理系統，實現在中斷時所處的狀態下繼續單步進行折疊與展開的流程。該方法及邏輯不僅僅適用于中斷及故障模式下，在緊急情況下，可以由熟練掌握折疊流程的人員進行單步操作，也可完成旋翼的折疊與展開。

對于自動旋翼折疊系統，由于其采用復雜的電路與軟件邏輯實 現折疊展開功能，其高可靠性無法完全依靠軟件邏輯及電路設計來實現。因此，除自動折疊外，旋翼還應設置手動折疊模式，在電氣失效的情況下，可通過人工來實現旋翼的折疊與展開。

除此之外，針對機電綜合管理系統本身，也進行了可靠性設計：

(1)內部設置看門狗，軟件定時喂狗，對于偶然因素引起的軟件跑飛或死循環，致使軟件無法按時喂狗，看門狗電路能自動復位，重新開始執行軟件；

(2)機電綜合管理計算機采用雙通道并行工作，雙余度使計算機軟件運行和處理的可靠性增強，具備重構和容錯能力。

3 旋翼折疊試驗

最后，將上述邏輯編譯為C語言代碼燒錄至機電綜合管理系統設備，在搭建的旋翼折疊試驗臺進行了旋翼折疊試驗，共通過操縱機電綜合管理系統完成旋翼自動折疊與展開試驗200余次，連續40h的旋翼折疊展開試驗，試驗未出現故障。試驗結果顯示：機電綜合管理系統可以有效的控制支臂限動鎖上鎖/開鎖、折疊作動器拔銷插銷和展開折疊以及盤槳作動器的盤槳和定位。機電綜合管理系統控制旋翼自動折疊的時間均在4min之內，旋翼自動展開的時間均在3min之內，可以實現旋翼快速的折疊與展開。

此外，還模擬了支臂限動鎖與機電綜合管理系統通訊中斷、折疊作動器與機電綜合管理系統通訊中斷以及盤槳作動器與機電綜合管理系統通訊中斷等故障，使旋翼自動折疊及展開流程中斷，然后在中斷的狀態下進入單步操作模式，使旋翼折疊與展開可以在非人工的狀態下繼續進行。

4 結論

通過在機電綜合管理系統中設計單步折疊的方法可以在旋翼折疊中斷的情況下繼續進行剩余的折疊流程，從而提高旋翼折疊的可靠性和快速性，并通過試驗證明其可行性。在搭建的旋翼折疊試驗臺，進行了旋翼自動折疊與展開試驗，證明了機電綜合管理系統控制的電動旋翼折疊可以實現旋翼快速的展開與折疊，可以為今后的旋翼折疊系統提供重要參考。