737-300飛機 DFCS系統(tǒng)故障分析

王颋

DFCS就是數(shù)字式飛行控制系統(tǒng)，習慣稱之為自動駕駛儀系統(tǒng)。

用DFCS A系統(tǒng)進近過程中，突然雙發(fā)油門桿自動前移， 發(fā)動機馬力增大， 但不久又恢復(fù)正常。之后該機又出現(xiàn)類似的用A系統(tǒng)爬升時，飛行控制板MCP上的自動油門預(yù)位燈頻頻閃亮現(xiàn)象。為弄清原因，曾多次對該系統(tǒng)進行檢查和測試，結(jié)果未見異常。 上述故障出現(xiàn)之后不久，飛行員報告"用自動駕駛A系統(tǒng)爬升時，馬赫空速表上的目標空速游標突然下降到170節(jié)，斷開A系統(tǒng)后不能再銜接，只能關(guān)掉自動油門"。兩個月后又出現(xiàn)類似的故障現(xiàn)象。從此故障不斷出現(xiàn)，故障現(xiàn)象也日趨復(fù)雜，并出現(xiàn)飛機返航、停場現(xiàn)象。為了保證安全，決定飛機停場排故。經(jīng)過多次分析、研究和討論，最后決定更換襟翼位置傳感器，更換后該系統(tǒng)的工作狀況良好。

DFCS系統(tǒng)的故障特點和現(xiàn)象

1. 故障特點 DFCS系統(tǒng)的故障特點有以下4條：

(1) 故障現(xiàn)象復(fù)雜，不統(tǒng)一；

(2) 故障由低重復(fù)率快速向高重復(fù)率發(fā)展；

(3) 飛行中故障時有時無，故障現(xiàn)象存在的時間短；

(4) 地面做BITE測試時，開始階段無故障報告信息。

2. 故障現(xiàn)象的歸納 DFCS系統(tǒng)的故障現(xiàn)象歸納如下。

(1) 飛機用DFCS、A通道進近時雙發(fā)油門桿突然前移和DFCS工作在垂直導航V NAV方式，飛機爬升或巡航飛行時，MCP板上的自動油門預(yù)位閃亮；

(2) DFCS工作在V NAV方式，飛機爬升或巡航時，MCP板上出現(xiàn)超速警告信號，馬赫空速表上的目標空速游標下降到170節(jié)，在CDU上不能鍵入目標空速，同時上面的目標空速數(shù)據(jù)在170節(jié)左右跳變；

(3) 當用V NAV方式爬升時，突然在CDU上出現(xiàn)BUFFET ALERT抖動警告信息，同時正副駕駛員的F/D飛行指引桿立即下降到地平線以下8°，20秒后恢復(fù)正常；

(4) 較典型的一次故障現(xiàn)象是：飛機用V NAV方式爬升時，MCP板上突然出現(xiàn)超速警告旗，自動油門不能自動前移跟蹤高度，甚至有時收油門，目標空速游標下降，左F/D指引和飛機姿態(tài)一致，但右F/D指引卻下沉到地平線以下8°，飛機不能正常飛行而返航。

排故經(jīng)過：

自動飛行系統(tǒng)是B737－300飛機最復(fù)雜的部分，自動化程度高，各部分之間的信號交聯(lián)、邏輯控制也相當復(fù)雜。正因為如此，該系統(tǒng)具有良好的故障檢測、隔離功能，但實踐證明這種功能并非萬能。為了隔離故障，更換了系統(tǒng)中許多部件，但故障依然存在。排故人員經(jīng)過多次研究、分析和討論，認為系統(tǒng)故障很可能就是由一個部件的故障引起的，而襟翼位置傳感器的故障可能性最大，因為它在理論上最能支持分析結(jié)果。在沒有備件的情況下，決定測量線路，結(jié)果無論是傳感器本身還是機身線路都未見異常。如果在做BITE測試時CDU上能出現(xiàn)結(jié)果，就說明排故人員的分析是準確的。設(shè)想用振動傳感器的方法誘發(fā)故障出現(xiàn)，從而在CDU上顯示結(jié)果。于是，振動傳感器后再做BITE測試，CDU上顯示了結(jié)果“測試失敗，左襟翼傳感器故障”。由此確定了故障根源。

對故障原因的討論：

為什么襟翼傳感器能引起如此多的故障現(xiàn)象?為什么DFCS工作不正常時，左側(cè)F/D指引和飛機姿態(tài)相符而右側(cè)F/D指引卻沉到地平線以下?解釋這些問題應(yīng)抓住兩個故障現(xiàn)象，一是MCP板上出現(xiàn)超速警告旗，二是馬赫空速表上的目標空速游標下降到170節(jié)。這兩個故障現(xiàn)象本質(zhì)上是一樣的。

超速旗警告的出現(xiàn)有三條解釋：

(1) 飛機速度在最大工作速度/最大工作馬赫數(shù)；

(2) A/P－F/D因襟翼和起落架限止不能達到選擇速度；

(3)飛機在10000英尺以下高度在V NAV方式下降超速飛行。

實際飛行中，當準備接通自動駕駛儀之前，襟翼一定收到零度，起落架一定在全收上位，更不可能達到最大允許速度飛行。基于這種情況，可以判斷出引起超速警告的原因是在系統(tǒng)內(nèi)部。目標空速游標下降與警告旗密切相關(guān)。我們知道，DFCS工作在V NAV方式是飛機全自動飛行的唯一方式，這時飛機的速度是FMC速度，也就是飛行管理計算機FMC自動計算出飛機應(yīng)飛的速度，這個速度稱為目標空速。正常情況下，飛機的實際速度應(yīng)與目標空速一致。目標空速游標是由FMC計算、由FCC飛行控制計算機直接控制的。飛行中游標突然由常態(tài)下降到170節(jié)，說明FMC計算機受到不正常因素的影響，重新計算出了新的目標空速。當使用自動駕駛時，自駕系統(tǒng)會考慮各種因素自動計算目標空速并進行指引，使飛機保持正確姿態(tài)。起落架、襟翼位置可以通過儀表及信號系統(tǒng)直觀看到，但襟翼位置傳感器中向FCC、自動油門系統(tǒng)發(fā)送信號的同步器工作狀態(tài)不能夠直觀看到，只能根據(jù)自駕系統(tǒng)的工作情況去分析，因此其功能有一定的隱蔽性。襟翼位置傳感器內(nèi)部有三組同步器，當向自駕系統(tǒng)發(fā)送信號的同步器發(fā)生故障，如襟翼是收上零度，而實際發(fā)出的信號卻是放下位置，這時FMC計算機計算出的目標空速一定會小于飛機的實際速度，因此FCC會發(fā)出超速警告旗信號，同時使目標空速游標移到新的位置。傳感器信號流動順序為：

目標空速的信號流動順序為： 這時，自動油門會回收。當襟翼位置信號小于實際襟翼位置時，F(xiàn)MC目標空速會增加，所以飛機以單通道自駕進近過程中突然出現(xiàn)雙發(fā)油門桿前移。同樣，前文提到其他各種故障現(xiàn)象也都能得到合理的解釋。

關(guān)于F/D飛行指引問題，其原理并不復(fù)雜，但左右之間的邏輯控制關(guān)系有時比較微妙。當F/D指引和自駕同時使用時，飛行指引可以監(jiān)視自駕的工作情況，自駕應(yīng)跟蹤飛行指引，因此飛行指引桿總處于中心位置，左右飛行指引數(shù)據(jù)互相傳輸并進行比較。當F/D指引在TO (TAKE OFF)方式時，雙側(cè)的F/D指引都是為主的，因此兩側(cè)F/D的MA燈都亮，但當左F/D指引不顯示時，右側(cè)也不會有指引桿出現(xiàn)，相互間受到邏輯控制。當單通道自駕工作時，F(xiàn)/D指引則有主從關(guān)系。若傳感器發(fā)生故障，襟翼雖全收卻相當于帶襟翼飛行時，F(xiàn)MC速度會減少，自動油門回收，這時F/D指引桿降到地平線以下，目的是防止失速，但飛行員要使DFCS以V NAV方式爬升，這時會出現(xiàn)飛行指引和自駕工作的不協(xié)調(diào)狀態(tài)。故障中自駕以V NAV方式爬升時F/D指引左右不一致，左側(cè)和飛機姿態(tài)相符，右側(cè)卻下沉到地平線以下8°，這種不一致的現(xiàn)象只能是受襟翼位置傳感器影響的結(jié)果。當時左F/D指引應(yīng)該下沉而沒有下沉，但左側(cè)FCC將正確的控制邏輯送到了右側(cè)，右側(cè)F/D指引就指到地平線以下。可以由下面兩個事實得到證明。一是單獨使用B通道自駕時F/D指引和自駕功能都一直正常；二是將F/D指引桿下沉到地平線以下的FCC送美國檢測，結(jié)果是無故障。后來這部FCC又裝回到飛機原位，經(jīng)8個月飛行考驗一直都工作正常，這說明當時右F/D指引桿下沉是受襟翼位置傳感器影響的結(jié)果，實際上也是受左F/D指引邏輯控制的結(jié)果。

當自駕系統(tǒng)工作在MCP速度方式時，同樣因襟翼位置傳感器故障也能引起系統(tǒng)故障。這時的情況略有區(qū)別。因為目標空速是人給定的，所以目標空速游標就不發(fā)生變化。但襟翼位置信號要送到自動油門系統(tǒng)和FCC計算機，自動油門計算機要進行計算，使空速限止在一個最大和最小的范圍內(nèi)而使飛機不失速。這時，由于襟翼傳感器故障，自動油門必然回收，F(xiàn)/D指引也要下降到地平線以下，如此會產(chǎn)生飛機速度不能跟蹤MCP目標空速的現(xiàn)象。所以超速警告旗也會出現(xiàn)，自動駕駛儀的工作也不會正常。

結(jié)束語

通過排除DFCS系統(tǒng)故障，主要體會如下：一是面對復(fù)雜的故障現(xiàn)象時，一定抓住典型故障現(xiàn)象進行理論分析，不被復(fù)雜現(xiàn)象所迷惑。二是正確使用DFCS系統(tǒng)自檢功能。在自檢無故障信息時，要充分發(fā)揮人的因素，使理論分析充分支持故障現(xiàn)象，從而隔離故障；當故障信息和實際不符時，一定在CDU提示的范圍內(nèi)進行分析，從而找到故障原因。三是系統(tǒng)客觀存在故障而排故時故障現(xiàn)象已消失時，可以采取振動、溫度等模擬手段誘發(fā)故障出現(xiàn)，但是由于機上設(shè)備價格昂貴又嬌氣，不可粗魯。

以上是對這起DFCS系統(tǒng)故障的分析。由于自動飛行系統(tǒng)的原理、 構(gòu)造較為復(fù)雜，對該系統(tǒng)的認識有待進一步提高。

參考資料

SSM 22;WDM 22；AMM22章。