某型飛機防滑剎車控制盒故障分析

■ 梁二明 韋松 楊萍/國營四達機械制造公司

1 故障描述

某型飛機在外場進行地面試車，當發動機逐漸推至最大時，受發動機工作頻率影響，機輪產生泄壓，飛機靜剎車瞬間產生掉電壓現象，靜剎功能失效，導致飛機向前滑行了一段距離，未造成嚴重損失。

2 防滑剎車控制盒的組成及工作原理

2.1 防滑剎車控制盒組成

防滑剎車控制盒是電子防滑剎車系統的中樞，主要由盒體、盒蓋、主控板、內部檢測板盒、電源檢測板組成。其中，4 塊主控板分別控制每一個機輪的剎車壓力。盒體上的兩個航空插座分別為檢測插座和工作插座，檢測插座用于控制盒與外部檢測儀連接，進行故障和試驗曲線記錄；工作插座用于連接電源、輸入信號和輸出控制信號。

2.2 工作原理

防滑剎車控制盒的調節過程采用PID 控制，是現代控制過程中常用的控制方法。防滑剎車控制盒包括機輪速度級、比較級、驅動級和控制級。其中，控制級又可分為偏壓級、微分級、瞬時級3 種最普遍的控制方法[1，2]。將速度信號與基準速度進行比較，形成誤差信號，也被稱為機輪的滑動信號。偏壓級可以在較長時間內使剎車壓力非常接近但是又小于臨界剎車壓力，只是在極短的時間內出現剎車壓力大于臨界值時會導致機輪打滑。因此，偏壓級可提高控制剎車壓力的準確度。瞬時級也稱為比例調節，是在誤差信號幅值較大而時間較短時向伺服閥輸出一個高速增益信號，快速調整機輪的剎車壓力。微分級的作用是對誤差信號變化率進行放大，輸出一個快速超前信號，對機輪速度進行有效控制，該過程也稱作微分調節[3-5]。三種調節方式構成了現代控制理論中的PID 控制。

防滑剎車控制盒控制原理圖如圖1所示。機輪速度信號經過方波形成器后將近似正弦波變成同頻率的方波，減少干擾造成的影響。機輪速度級將該方波信號變成與機輪速度信號的頻率成正比的直流電壓信號。基準速度級模擬飛機速度信號，該信號和機輪速度級信號同時輸入速度誤差放大器。速度誤差放大器對這兩個信號的差值進行放大，輸入瞬時級、微分級和偏壓級進行處理。輸出信號經綜合放大器進行功率放大，推動伺服閥工作，達到調節剎車壓力的作用。

圖1 防滑剎車控制盒控制原理圖

3 故障定位

3.1 故障檢查情況

利用專用設備對防滑剎車盒進行通電檢查，常溫狀態下向4 塊主控板輸入由560Hz 緩慢降低的交流信號。當交流信號頻率降低到233Hz 以下時，靜剎保護正常工作，靜剎燈亮。在高溫（70±5）℃和低溫（-55±5）℃條件下，向剎車控制盒輸入由560Hz 緩慢降低的交流信號。當頻率降到233Hz 以下時，靜剎保護異常，靜剎燈無法正常點亮。

3.2 分解檢查

由于防滑剎車盒常溫下工作正常，高低溫狀態下工作異常，因此對剎車盒進行分解檢查（見圖2），檢查外部電纜與插座之間接觸良好，未發現松動現象。打開防滑剎車盒檢查內部接線，插座與電路板之間連線牢固，無松動現象。對電路板外觀進行檢查，電路板表面未出現異常。由于電子元器件對溫度比較敏感，在高溫和低溫狀態下元器件隨時都有可能出現損壞，因此使用萬用表對主控板、檢測板和電源板上的元器件進行測量，元器件的電氣屬性正常。

圖2 防滑剎車控制盒

4 故障分析及應對措施

對防滑剎車控制盒進行外觀檢查及元器件檢查，未發現異常，因此判定電路本身存在問題。通過對防滑剎車控制盒故障現象以及原理進行分析，判斷該故障出現在內部檢測板上，因此對該電路板的電路進行分析。靜剎保護電路如圖3 所示。

圖3 靜剎保護電路原理圖

1）靜剎保護電路是具有施密特特性的電壓比較器，測量發現電路的遲滯回線電壓低于規定值。遲滯回線電壓是影響電路穩定的滯回特性兩翻轉點電壓差（R40 兩翻轉點電壓），遲滯回線電壓過低，將導致防滑控制盒抗干擾能力減弱。當飛機發動機推至最大時，受發動機工作頻率干擾，靜剎車會出現瞬間掉電壓現象，導致防滑剎車控制盒出現靜剎保護異常。

因此，調節R41 的阻值可實現對遲滯回線電壓的調節，增強防滑剎車控制盒的抗干擾能力，防止靜剎車出現瞬間掉電壓現象，從而實現靜剎保護。

2）在高低溫狀態下，由于電路中存在熱敏電阻，對溫度的變化比較敏感。同時其他電子元器件受溫度影響也會產生變化，導致電路中阻值變化，引起電路中不同點的電位產生變化。由于靜剎保護電路是反相端輸入且具有滯回特性的電壓比較器，當U1＞U2時，輸出Uo為高電平。當遲滯回線電壓大于1.5V，高低溫狀態下靜剎保護仍然存在故障，可適當降低電阻R40 的值，使反相端電壓U1大于正相輸入端電壓U2，從而使飛機在不同環境下實現靜剎保護。

3）導致靜剎保護的原因也可能是二極管壓降過高，使反相輸入電壓U1小于正相輸入電壓U2。此時，電路輸出低電平，高低溫狀態下靜剎保護失效。

當單個通道的靜剎保護出現故障 時， 可 調 節 二 極 管D31、D32、D33、D34 壓 降， 確 保 運 算 放 大器的輸入電壓大于參考電壓，比較器輸出高電平，從而使對應通道在規定的頻率范圍內實現靜剎保護。

5 總結

通過對防滑剎車控制盒的工作原理進行介紹，分析故障產生的機理，并對靜剎保護電路進行分析，找出了故障產生的原因。針對此類防滑剎車控制盒故障現象提出檢查措施，完善防滑剎車控制盒修理工藝；對待修產品進行檢查時，利用萬用表檢查靜剎保護電路遲滯回線電壓是否在規定范圍內，同時對運算放大器正相輸入端和負相輸入端電壓值進行測量；檢查測量4 個通道的二極管壓降是否偏高。通過以上調整措施，可以提高防滑剎車控制盒的抗干擾能力，實現任何環境溫度下的靜剎保護功能。