某型飛機電傳操縱系統(tǒng)典型故障分析

楚至濮

（中國飛機試驗研究院 機務中隊，陜西 閻良 710086）

人類社會的生產(chǎn)活動，是一步又一步由低級向高級發(fā)展。飛機的操縱系統(tǒng)，也是由低級向高級逐步發(fā)展的。自從1903年萊特兄弟采用機械操縱在基蒂霍克完成首次飛行以來，90多年過去了。在這漫長的歲月中，科學技術(shù)得到了飛速發(fā)展，飛機的操縱系統(tǒng)也隨之有了很大發(fā)展。到目前為止，先進飛機已經(jīng)采用了一種全新的操縱系統(tǒng)——電傳操縱系統(tǒng)。

1 電傳操縱系統(tǒng)的發(fā)展概況

20世紀前半期，采用閉環(huán)反饋原理的自動控制技術(shù)，作為機械操縱系統(tǒng)的輔助手段，其主要作用，是針對已經(jīng)設計好的飛機鋼體動力學特性的缺陷進行補償，實現(xiàn)精確的姿態(tài)和航跡控制，減輕駕駛員長期、緊張工作的負擔。

到了20世紀60年代，飛機的發(fā)展遇到了一些重大難題。例如：大型飛機繞性機體動彈性模態(tài)問題，進一步提高戰(zhàn)斗機機動性能和戰(zhàn)斗生存性問題等。這些問題僅靠氣動力、結(jié)構(gòu)和動力裝置協(xié)調(diào)設計技術(shù)，已經(jīng)不能解決，或者要在性能、凈質(zhì)量、復雜性和成本方面付出巨大代價，才能得到某種折衷的解決方案。

研制設計者將注意力轉(zhuǎn)向采用閉環(huán)反饋原理的自動控制技術(shù)，通過對一系列單向技術(shù)和組合技術(shù)的研究、開發(fā)和驗證，產(chǎn)生了兩個具有劃時代意義的飛行控制概念：主動控制技術(shù)（ACT）和電傳飛行控制（FBW）系統(tǒng)，這兩項新技術(shù)的出現(xiàn)，對飛機的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。

2 基本組成與簡單的工作原理

與機械操縱類似，電傳操縱系統(tǒng)分為俯仰、橫滾和航向等通道。

典型單通道電傳操縱系統(tǒng)，主要由側(cè)桿控制器、桿力（位移）傳感器、飛行控制、陀機及其作動器、速度陀螺加上設計、過載傳感器、控制/顯示接口裝置組成。

電傳操縱系統(tǒng)的基本特征是：飛行員的操縱桿傳感器信號、飛機運動傳感器信號和控制面作動器位置信號，全部通過電信號傳遞。飛控計算機產(chǎn)生控制面偏轉(zhuǎn)角指令，并以電信號的形式，傳送給控制面伺服作動器。閉環(huán)機動指令控制，通過增加運動傳感器反饋回路的增益實現(xiàn)?？刂泼鎰幼髌?，根據(jù)飛行指令信號與相應傳感器測得的飛機運動狀態(tài)之間的差異或偏差，進行飛機控制，驅(qū)動相應的控制面運動，并使飛機能夠快速平穩(wěn)地跟蹤飛行員的指令。

3 電傳操縱系統(tǒng)的分類

電傳操縱系統(tǒng)，一般按照元件的電氣分類。

采用了模擬式傳感器、模擬式計算機和輸入輸出設備的系統(tǒng)，被稱為模擬式電傳操縱系統(tǒng)；

采用了數(shù)字式傳感器、數(shù)字式計算機和輸入輸出設備的系統(tǒng)，被稱為全數(shù)字式操作系統(tǒng)；

采用模擬式傳感器，數(shù)字式計算機的被稱為半數(shù)字式電傳操縱系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)的優(yōu)缺點

4.1 優(yōu)點

機械操縱系統(tǒng)的系統(tǒng)組合比較復雜，而電氣組合比較簡單。

采用電氣控制的電傳操縱系統(tǒng)，很容易實現(xiàn)主操縱系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的交連。傳統(tǒng)的飛機機械操縱系統(tǒng)，一般都采用中央駕駛桿，而電傳操縱系統(tǒng)則可采用小側(cè)桿操縱，這樣既可減輕飛行員的工作負擔，又可使飛行員觀察儀表的視線，不再受中央駕駛桿的影響，同時也消除了重力加速度對飛行員和駕駛桿輸入量的影響。

電傳操縱系統(tǒng)可有效地減輕操縱系統(tǒng)的重量。一般情況下，采用電傳操縱系統(tǒng)后，可減少原機械操作系統(tǒng)所占有空間的50%。電傳操縱系統(tǒng)可提供作戰(zhàn)飛機的戰(zhàn)傷生存力。電傳操縱系統(tǒng)采用多余度設計后，可在機翼和機身內(nèi)分散布置其總線。若以電氣方式提供能源，即采用“動力電傳”，可有效地提供戰(zhàn)傷生存力。

4.2 缺點

單通道電傳操作系統(tǒng)的可靠性不夠高。為了提供電傳操作系統(tǒng)的可靠性，現(xiàn)代軍用和民用飛機均采用三余度或四余度電傳操作系統(tǒng)，并利用非相似余度技術(shù)設計備份系統(tǒng)。

電傳操作系統(tǒng)的成本較高，需要進一步簡化余度和降低各部件的成本。電傳操縱系統(tǒng)容易受雷擊和電磁脈沖干擾影響。所以，電傳操縱系統(tǒng)需要解決雷擊和電磁脈沖干擾的危害。

此外，由于現(xiàn)代飛機越來越多的采用復合材料，其使用率可達30%左右，這樣系統(tǒng)中的電子元件失去金屬蒙皮屏蔽保護，故抗電磁干擾和抗核輻射問題更為突出。

5 故障分析

通過一起飛機通道報故障原因，對此進行分析。

（1）摘要。電磁控制系統(tǒng)是一個以電傳控制為主、機械操縱為輔的“電傳+機械”混合操縱系統(tǒng)。從功能上，電傳控制系統(tǒng)由6個控制通道，分別完成俯仰操縱、傾斜操縱、航向操縱、襟副翼操縱、前緣襟翼操縱、以及極限限制功能，縱向操縱通道為四余度電傳控制通道，通過駕駛員縱向操縱駕駛桿產(chǎn)生的俯仰桿位移信號，或自動控制系統(tǒng)輸入的控制信號，控制水平尾翼的同步偏轉(zhuǎn)。

（2）故障現(xiàn)象。某型飛機上液壓通電檢查，座艙內(nèi)電傳1通道燈亮，電傳計算機面板上“左伺服”燈亮。

（3）系統(tǒng)的組成及工作原理。傳系統(tǒng)俯仰操縱通電的組成，主要有駕駛桿縱向位移傳感器、法向過載傳感器、俯仰角度速度傳感器、靜壓傳感器、動壓傳感器、俯仰計算機以及左、右平尾伺服放大器、左、右平尾舵機和左、右平尾作動筒組成。

飛機的縱向操縱，是由左右水平尾翼的同步偏轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的，它們?nèi)Q于駕駛桿的縱向偏轉(zhuǎn)，駕駛桿的機械位移，經(jīng)過縱向桿位移傳感器轉(zhuǎn)變成電信號，電傳操縱系統(tǒng)計算機又將此電信號傳給舵機的分配機構(gòu)，分配機構(gòu)為液壓作動筒分配液壓油，電信號的極性不同，會使作動筒的活塞桿伸出或縮進，從而推動舵面偏轉(zhuǎn)，實現(xiàn)由駕駛桿到平尾的運動傳遞。

（4）原因分析。一是I通道縱向電傳控制計算機左平尾伺服放大器（YC-80）故障；二是I通道電源組件故障；三是左舵面?zhèn)鲃友b置失效；四是左平尾舵機反饋傳感器電路故障；五是I通道電傳計控制計算機故障。

（5）相關(guān)檢查。飛機通電上液壓檢查1通道燈亮，電傳計算機面板報“左伺服”故障。首先為了驗證1通道電傳計算機是否故障，把1通道計算機安裝在2通道位置，通電上液壓檢查故障復現(xiàn)，所以判斷1通道計算機故障，在和成品所技術(shù)員分析后，一致認為，可能是1通道電源組件故障，造成安裝在1通道位置上的計算機故障，更換1通道計算機和電源組件，通電檢查系統(tǒng)工作良好，上液壓檢查，飛機仍然報“左伺服”故障，1通道故障燈亮。

分析認為，1通道的線路短路，造成安裝在1通道的計算機燒壞，對1通道的線路進行絕緣測量（同時對故障的2臺計算機進行返廠修理），測量結(jié)果良好，對舵機反饋傳感器進行測量，結(jié)果良好。

當測量左平尾舵機時，發(fā)現(xiàn)1通道電磁閥線圈的電阻值偏小（因無法在舵機工作情況下進行線圈阻值的測量），同時返廠的計算機，修理反饋的信息是2臺計算機的（YC-80）板燒壞。梳理整個排故過程和分析（YC-80）板燒壞的原因，更換左平尾舵機，通電上液壓檢查，系統(tǒng)工作正常，故障消失。

（6）故障原因。電傳計算機內(nèi)，插件板（YC-80）的R52電阻器開路，造成計算機報“左伺服”故障，（YC-80）的R52電阻器開路的原因，分析后，認為在飛機靜止狀態(tài)下，平尾舵機各伺服閥不工作，故測1通道線圈有一定的電阻，而在飛機上液壓，通電舵機工作的情況下，1通道伺服閥線圈有可能短路，造成（YC-80）的R52電阻器開路。

（7）相關(guān)原因?qū)е碌默F(xiàn)象。飛機平尾舵機相應通道伺服閥線圈隱性故障，在靜止狀態(tài)下無法表現(xiàn)出來，而在實際工作狀態(tài)下，輸出電流值過大，造成相應的計算機板路故障。

例如在這里討論的某型飛機1通道報故，就屬于典型的隱性故障。故障現(xiàn)象是飛機上液壓通電檢查，座艙內(nèi)電傳1通道燈亮，電傳計算機面板上“左伺服”燈亮，原因就是在靜止狀態(tài)下表現(xiàn)不出來的，而在舵機工作的情況下，線圈阻值變小，輸出電流值過大，造成1通道的計算機（YC-80）板子故障。

6 結(jié)束語

電傳系統(tǒng)是一個多種參數(shù)共同參與工作的復雜控制系統(tǒng)，當飛行中出現(xiàn)故障時，飛行結(jié)束后一定要同飛行員詳細溝通，了解飛機在飛行中出現(xiàn)故障時的飛行姿態(tài)、速度等參數(shù)，及時仔細分析飛行參數(shù)記錄數(shù)據(jù)，以便能更容易使故障定位，并迅速排除飛行中出現(xiàn)的故障。

通過典型故障分析的過程，筆者體會到：隨著飛行控制技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式系統(tǒng)越來越多的應用到現(xiàn)代飛機中，這就要求我們對自己的要求越來越高，要不斷地學習新的知識，提高自身的業(yè)務水平，在排除故障過程中，應熟悉系統(tǒng)的組成和工作原理，通過細致的分析和測量，才能使排故過程少走彎路，減少損失。

[1]蔡滿意.飛行控制系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[2]吳文海.飛機綜合控制系統(tǒng)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2007.