某型飛機慣導(dǎo)數(shù)據(jù)降級故障解析及排除

【摘要】慣導(dǎo)數(shù)據(jù)降級故障是某型飛機航電系統(tǒng)的一種綜合故障，屬于飛機四級警告級故障。本文利用故障樹分析法對該型故障進行問題定位，在此基礎(chǔ)上對問題機理展開分析。

【關(guān)鍵詞】慣導(dǎo)|降級|故障

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（簡稱“慣導(dǎo)”）能自主且連續(xù)地確定飛機狀態(tài)矢量，為飛行提供導(dǎo)航支持，是飛機重要的導(dǎo)航設(shè)備。某型飛機在日常使用時，顯控上容易出現(xiàn)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)降級故障，嚴(yán)重影響飛行任務(wù)的正常開展，針對此問題，本文通過對一起典型的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)降級故障進行解析。

一、問題定位

（一）建立故障樹

慣導(dǎo)作為飛機航電系統(tǒng)的主要設(shè)備組成，可不依靠外界任何信息，利用陀螺計算角速度和加速度計采集的加速度，通過導(dǎo)航解算獨立輸出各種導(dǎo)航參數(shù)，短期穩(wěn)定性較好，但長期使用時，因隨機誤差的固有存在易導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降，使其出現(xiàn)導(dǎo)航精度差和導(dǎo)航數(shù)據(jù)降級等問題。

根據(jù)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)降級故障的基本誘因，通過采用由上往下的演繹或失效分析法，分析航電系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題狀態(tài)，從而了解系統(tǒng)故障的原因，在此基礎(chǔ)上便于找到有效方法和措施來避免故障或降低風(fēng)險。

針對故障現(xiàn)象，利用故障樹進行詳細分析，建立如圖1所示的故障樹。

（二）故障定位

由圖1可知，引起慣導(dǎo)數(shù)據(jù)降級故障的兩大主要因素為外界因素和慣導(dǎo)因素，以下主要針對這兩個因素展開詳細分析。

1.外界因素

（1）若大氣數(shù)據(jù)計算機（簡稱“大氣機”）故障時，將直接導(dǎo)致其無法輸出有效的空速數(shù)據(jù)，慣導(dǎo)在接收的空速數(shù)據(jù)無效時，無法與地速擬合計算輸出風(fēng)速數(shù)據(jù)，將直接誘發(fā)風(fēng)速無效故障，順帶引出慣導(dǎo)數(shù)據(jù)降級故障提示。在對大氣機進行自檢測時其工作正常，單件測試也正常，且更換大氣機后，慣導(dǎo)數(shù)據(jù)降級故障依舊出現(xiàn)，可排除大氣機異常的故障分支。

（2）若大氣機與慣導(dǎo)通信的總線故障，空速數(shù)據(jù)無法通過總線有效傳輸至慣導(dǎo)，也將直接誘發(fā)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)降級故障。利用總線綜合測試儀對網(wǎng)絡(luò)線纜進行通信測試，測試大氣機與慣導(dǎo)相連的B1、B2兩根總線，前端發(fā)送后至后端，測試后端接收數(shù)據(jù)包正常，且監(jiān)測大氣機向慣導(dǎo)數(shù)據(jù)傳輸通道一直處于有效狀態(tài)，故可排除總線通信異常的故障分支。

2.慣導(dǎo)因素

（1）硬件故障。慣導(dǎo)與綜合處理機進行數(shù)據(jù)通信，出現(xiàn)故障前后階段顯控上顯示的慣導(dǎo)航向、速度、位置等數(shù)據(jù)均正常顯示，可排除慣導(dǎo)總線通信異常和工作異常的硬件故障分支。

（2）導(dǎo)航精度超差。若慣導(dǎo)本身輸出的導(dǎo)航精度超差，部分導(dǎo)航數(shù)據(jù)超過系統(tǒng)設(shè)定的技術(shù)指標(biāo)，可以直接誘發(fā)慣導(dǎo)精度降級或數(shù)據(jù)降級故障。慣導(dǎo)輸出的速度、位置、航向、姿態(tài)數(shù)據(jù)均有明確的技術(shù)指標(biāo)，用戶可通過顯控上主菜單選擇進入維護界面，查看慣導(dǎo)的漂移參數(shù)、剩余地速等信息，檢查慣導(dǎo)精度有無超標(biāo)，通過查閱漂移信息，反映慣導(dǎo)精度的主要參數(shù)都在指標(biāo)范圍，可排除導(dǎo)航精度超差的故障分支。

（3）元器件性能故障。顯控上顯示慣導(dǎo)降級故障提示后，通過地面維護狀態(tài)調(diào)取顯控中存儲的故障清單，記錄慣導(dǎo)有1次四級故障，故障代碼為“3441A1CD”，故障定義為元器件欠溫，故需重點針對慣性元器件欠溫因素進行排除。

①慣導(dǎo)溫控電路板的排查

若慣導(dǎo)溫控電路板故障，將直接導(dǎo)致2個陀螺、3個加速度計的溫度控制都將失效，慣導(dǎo)將在對準(zhǔn)階段報溫度異常故障。根據(jù)故障發(fā)生的時機，故障在飛機滑行中才偶爾出現(xiàn)，此時慣導(dǎo)處于導(dǎo)航狀態(tài)，故可排除慣導(dǎo)溫控電路板硬件故障的故障分支。

②慣性元器件加熱功能的排查

若慣性元器件加熱功能喪失，慣導(dǎo)在進行對準(zhǔn)操作時，陀螺或加速度計將出現(xiàn)溫度不上升或上升不到特定值的明顯異常現(xiàn)象，而通過檢測設(shè)備調(diào)取慣導(dǎo)工作時的Flash數(shù)據(jù)，觀察慣導(dǎo)在對準(zhǔn)和導(dǎo)航階段時陀螺和加速度計的溫度監(jiān)測情況，從常溫啟動到正常工作狀態(tài)，加熱過程和溫度維持狀態(tài)陀螺和加速度計都正常，故可以排除慣性元器件加熱功能喪失的故障分支。

③慣性元器件加熱回路的排查

由于慣性平臺為典型的機電一體結(jié)構(gòu)組成，控制回路需實現(xiàn)方位環(huán)和外環(huán)的360°自由轉(zhuǎn)動，通過慣性平臺內(nèi)2組導(dǎo)電環(huán)將控制線路連接至平臺內(nèi)部連接的陀螺、加速度計、力矩電機等元器件，故導(dǎo)電環(huán)是慣性平臺各種回路的重要組成。導(dǎo)電環(huán)性能易受溫度影響，使其接觸電阻變化，且受限于導(dǎo)電環(huán)安裝空間的因素，在導(dǎo)電環(huán)承受擠壓或沖擊時，都將導(dǎo)致其通道工作異常或燒蝕。

使用納伏微歐表對加熱回路涉及的導(dǎo)電環(huán)通道進行測量排查，重點測試陀螺和加速度計的幾組傳輸回路中導(dǎo)電環(huán)接觸電阻跳變情況，正常數(shù)值應(yīng)不大于30mΩ，實測上陀螺和東向加速度計加熱回路中部分角度轉(zhuǎn)動時可跳變至420mΩ，在低溫狀態(tài)下測試尤為明顯，與故障出現(xiàn)在冷平臺對準(zhǔn)的狀態(tài)和轉(zhuǎn)航向的時機對應(yīng)，故障原因可定位在導(dǎo)電環(huán)性能跳變的故障分支。

二、故障機理分析

（一）故障響應(yīng)流程

航電系統(tǒng)中各子系統(tǒng)故障的響應(yīng)流程如下：

（1）各子系統(tǒng)上電自檢測，檢測正常則不發(fā)送故障碼至顯示控制管理處理機，顯控上無故障信息提示。

（2）顯示控制管理處理機中按故障危及飛行安全的緊急程度分為五級告警信息，包括一級（危險級）、二級（警告級）、三級（注意級）、四級（提示級）和五級（狀態(tài)級），根據(jù)存儲的故障碼信息，顯示控制管理處理機給予對應(yīng)響應(yīng)，將故障碼對應(yīng)的故障字符在顯控上提示，例如“慣導(dǎo)數(shù)據(jù)降級”“風(fēng)速無效”等，其中航電系統(tǒng)故障告警屬于三級、四級告警。

（3）從顯控上進入各子系統(tǒng)查看故障信息，在維護狀態(tài)下檢查子系統(tǒng)故障情況，可查閱故障首次出現(xiàn)的時間、故障持續(xù)時間、故障發(fā)生次數(shù)等信息，指導(dǎo)子系統(tǒng)產(chǎn)品故障的判讀和排除。

（4）準(zhǔn)確定位子系統(tǒng)產(chǎn)品故障，更換故障電子部件排除完畢，再清除維護故障清單中顯示的故障碼，使航電系統(tǒng)恢復(fù)正常狀態(tài)。

（二）機理分析

慣導(dǎo)輸出各種導(dǎo)航參數(shù)，主要包括機體各軸向加速度、角速度、飛行速度、位置、航向角、姿態(tài)角、偏流角、待飛時、待飛距等，另外，慣導(dǎo)需與大氣機進行數(shù)據(jù)通信，接收大氣機輸出的指示空速，與慣導(dǎo)自身計算輸出的地速進行矢量計算，最終計算得出風(fēng)速數(shù)據(jù)。

按照上述故障響應(yīng)邏輯，故障出現(xiàn)時，飛機已完成地面飛行準(zhǔn)備，慣導(dǎo)已轉(zhuǎn)入導(dǎo)航狀態(tài)，飛機轉(zhuǎn)彎滑行對準(zhǔn)跑道后，加速滑行時方位導(dǎo)電環(huán)上陀螺和東向加速度計通道正好處于故障區(qū)域，滿足發(fā)生一次異常的故障條件。

在陀螺和加速度計溫度控制線路因?qū)щ姯h(huán)傳輸通道的阻礙而工作異常時，盡管此時陀螺和加速度計已工作在其特定環(huán)境溫度下（陀螺73℃、加速度計75℃），但平臺內(nèi)部溫度敏感元件在感知慣性元器件未工作在正常溫度或其溫度出現(xiàn)跳變時，為避免因陀螺或加速度計無法在特定溫度下達到最佳性能狀態(tài)，導(dǎo)致以陀螺和加速度計采集輸出的參數(shù)為基礎(chǔ)導(dǎo)航解算得到的導(dǎo)航參數(shù)不夠準(zhǔn)確，即出現(xiàn)慣導(dǎo)精度降級風(fēng)險，慣導(dǎo)內(nèi)部計算機直接發(fā)出慣性元器件欠溫故障，對應(yīng)的故障碼通過總線傳輸至顯示控制管理處理機，顯示控制管理處理機響應(yīng)這一故障后，判斷這是一起4級故障，即將4級故障對應(yīng)的條目“慣導(dǎo)數(shù)據(jù)降級”和慣導(dǎo)故障誘發(fā)的“風(fēng)速無效”提示一同顯示在顯控上，提示飛行員需對慣導(dǎo)相關(guān)系統(tǒng)進行檢查和關(guān)機。

三、故障復(fù)現(xiàn)及措施驗證

（一）故障復(fù)現(xiàn)

通過與飛行員和地面維護人員進行溝通和掌握一手信息，對發(fā)生問題時的各種監(jiān)控數(shù)據(jù)進行分析，并在實驗室對慣導(dǎo)和大氣機通電測試，得到以下現(xiàn)象和結(jié)論。

（1）檢測大氣機工作狀態(tài)，性能及功能正常，驗證該故障發(fā)生與大氣機無關(guān)。

（2）慣導(dǎo)系統(tǒng)正常對準(zhǔn)到轉(zhuǎn)入導(dǎo)航狀態(tài)，慣性元器件加溫過程正常，未改變慣導(dǎo)航向時，靜態(tài)導(dǎo)航狀態(tài)慣導(dǎo)工作正常，導(dǎo)航數(shù)據(jù)輸出正常。

（3）通過轉(zhuǎn)臺改變慣導(dǎo)航向進行動態(tài)導(dǎo)航實驗，重點檢查跑道航向左右航向區(qū)域，慣導(dǎo)隨即報fail_72：Low T in GYRO和fail_74：Low T in Acelerometer兩個故障碼，即慣性元器件欠溫故障（3441A1CD）故障，故障現(xiàn)象復(fù)現(xiàn)，故障代碼對應(yīng)，可確定本次慣導(dǎo)數(shù)據(jù)降級故障因為慣導(dǎo)本身導(dǎo)致。

（二）試驗驗證

方位導(dǎo)電環(huán)中涉及陀螺和加速度計加熱的2個通道性能存在跳變，在航向變化時，方位導(dǎo)電環(huán)內(nèi)部接觸面隨著改變，在接觸不良區(qū)域接觸電阻明顯高于導(dǎo)電環(huán)的技術(shù)指標(biāo)要求，最終導(dǎo)致慣導(dǎo)在航向改變時出現(xiàn)慣性元器件欠溫故障。

根據(jù)對方位導(dǎo)電環(huán)的測試結(jié)果，由于原有導(dǎo)電環(huán)已無備用環(huán)可使用，只能采取換環(huán)處理的方式進行修復(fù)，更換完成后測量方位導(dǎo)電環(huán)的旋轉(zhuǎn)接觸電阻符合技術(shù)要求，安裝慣性平臺后利用檢測設(shè)備對慣導(dǎo)進行整體測試，由于未更換慣性元器件，可不補償參數(shù)，在現(xiàn)有狀態(tài)基礎(chǔ)上恢復(fù)產(chǎn)品功能和可靠性，裝機試飛測試，航電系統(tǒng)故障碼消除。

四、結(jié)語

通過對慣導(dǎo)數(shù)據(jù)降級故障機理和問題定位進行分析，運用故障樹分析法，對數(shù)據(jù)異常現(xiàn)象進行深入分析和故障排查，從而準(zhǔn)確定位了故障原因，指導(dǎo)完成了產(chǎn)品修理，恢復(fù)了產(chǎn)品固有可靠性，對同類故障的分析排除具有一定推廣意義。中國軍轉(zhuǎn)民

參考文獻

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（作者單位：凌云科技集團有限責(zé)任公司）