淺談G1000系統(tǒng)及常見故障分析

齊榮林

【摘 要】國內(nèi)主流的飛行訓(xùn)練飛機(jī)裝備了先進(jìn)的GARMIN 1000航空電子系統(tǒng)（簡稱G1000系統(tǒng)）。G1000系統(tǒng)是由美國GARMIN公司設(shè)計(jì)制造的一套高度集成化的航空電子系統(tǒng)。相較于傳統(tǒng)的飛機(jī)儀表系統(tǒng)，G1000系統(tǒng)由多個(gè)LRU（航線可更換組件）組成，降低了機(jī)務(wù)人員的維護(hù)難度，G1000系統(tǒng)具有界面簡潔、信息形象全面等特點(diǎn)，同時(shí)也降低了飛行員的工作負(fù)荷。本文簡單介紹G1000系統(tǒng)，結(jié)合本人工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出常見故障的基本分析思路，進(jìn)一步深化對G1000系統(tǒng)的認(rèn)識。

【關(guān)鍵詞】G1000；LRU；故障分析

【Abstract】Most of the training planes are equipped with G1000 system（an advancing aviation electronic system）. G1000 system is a highly integrated avionics system， witch is design and manufacture by GARMIN company in USA.Compared with traditional aircraft instrument system， G1000 system composed of multiple LRU（Line Replaceable Unit）. G1000 system has the characteristics of simple interface and clear information witch makes the maintenance easy and reduces the workload of pilots. This paper summarized G1000 system simply. Combined my own experience with the analysis methods of common failure， so we can understand G1000 system easily.

【Key words】G1000； LRU（Line Replaceable Unit）； Fault analysis

0 前言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，大量高新技術(shù)運(yùn)用到通用飛機(jī)上，特別是G1000系統(tǒng)的出現(xiàn)更是一個(gè)革命性的變化。該系統(tǒng)是同類產(chǎn)品中最早進(jìn)入中國市場的，至今仍是國內(nèi)通用航空使用最為廣泛的集成航空電子系統(tǒng)。

G1000集成航空電子系統(tǒng)作為新一代航空電子設(shè)備正被越來越多的機(jī)型所采納，中國民航飛行學(xué)院陸續(xù)大量引進(jìn)了美國Cessna 公司生產(chǎn)的172R輕型飛機(jī)，172型飛機(jī)已經(jīng)累計(jì)生產(chǎn)了數(shù)萬架，機(jī)載設(shè)備也幾經(jīng)更替，直到目前最新式的G1000集成航空電子系統(tǒng)。

G1000系統(tǒng)的使用為飛行員提供了海量信息和友好的飛行界面有效減輕了飛行員的工作負(fù)荷，提高了飛行安全水平。中國在最近幾年也大量引進(jìn)了這類裝備了G1000先進(jìn)系統(tǒng)的飛機(jī)作為訓(xùn)練機(jī)。國內(nèi)目前已成立和即將成立的飛行院校使用的C-172R（NAVIII）、DA-40、DA-42飛機(jī)都是這類飛機(jī)，占了國內(nèi)民航飛行訓(xùn)練用飛機(jī)的大多數(shù)，它們已經(jīng)成為了中國民航訓(xùn)練用機(jī)的主力機(jī)型。

1 G1000系統(tǒng)概述

1.1 G1000系統(tǒng)簡介

G1000系統(tǒng)包括完整的甚高頻通信、全向信標(biāo)/儀表著陸系統(tǒng)（VOR/ILS）和應(yīng)答機(jī)功能，系統(tǒng)與用戶之間的主要界面僅通過主飛行顯示器（PFD）、多功能顯示器（MFD）、數(shù)字音頻面板上的旋鈕和選擇鍵對系統(tǒng)功能進(jìn)行選擇和控制。該系統(tǒng)用電子顯示的方式替代了傳統(tǒng)的機(jī)械/機(jī)電式儀表，簡化了設(shè)備的安裝，節(jié)省了儀表板的空間，顯示信息清晰明了，并且具有高度的靈活性。

172R飛機(jī)安裝的G1000系統(tǒng)使用了兩個(gè)10.4英寸的彩色LCD顯示器，GDU1040作為PFD和MFD，在配合一個(gè)小巧的GMA1347數(shù)字式音頻板，構(gòu)建了一個(gè)十分簡潔的“玻璃座艙”。系統(tǒng)所需的其他部件分散安裝到飛機(jī)的各個(gè)部位，對飛行員來說是不可見的。這些不可見的部件包括兩部GIA63/63W集成電子組件（包含VHF通信、導(dǎo)航與GPS功能），一部GRS77姿態(tài)航向基準(zhǔn)系統(tǒng)（AHRS），一個(gè)GMU44磁傳感器，一部GDC74A大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)，一部GEA71機(jī)身/發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器接口組件，一部GTX33 S模式應(yīng)答機(jī)。

1.2 G1000系統(tǒng)交聯(lián)簡圖

G1000系統(tǒng)的核心為GIA 63/63W集成電子組件，它負(fù)責(zé)采集和處理系統(tǒng)中其它設(shè)備的數(shù)據(jù)和輸入控制指令，并將處理后的信號送到PFD和MFD進(jìn)行顯示。在PFD、MFD和兩部GIA 63/63W集成電子組件之間采用高速以太網(wǎng)數(shù)據(jù)總線方式傳輸數(shù)據(jù)，系統(tǒng)內(nèi)部交聯(lián)和采集外部信號的數(shù)據(jù)格式包括ARINC 429、RS-232等數(shù)據(jù)總線和其它多種數(shù)字、模擬、離散方式的信號。圖1為典型的Cessna 172R NAV III型飛機(jī)的G1000系統(tǒng)交聯(lián)簡圖。

1.3 G1000系統(tǒng)飛行顯示數(shù)據(jù)交聯(lián)

GRS77姿態(tài)航向基準(zhǔn)系統(tǒng)（AHRS）、GDC 74A大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)和GMU 44 磁力計(jì)負(fù)責(zé)提供G1000系統(tǒng)的飛行顯示數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括飛機(jī)的姿態(tài)、航向、高度、空速、升降速度和外界溫度，所有均顯示在PFD上（在還原模式下，數(shù)據(jù)也可顯示在MFD上）。

G1000系統(tǒng)中駕駛領(lǐng)航參數(shù)的傳輸采用了4余度措施，極大的提高了參數(shù)傳輸?shù)目煽啃?。通過GIA63，可以提供更多的數(shù)據(jù)傳輸路徑作為備份路徑。

圖2為G1000系統(tǒng)飛行顯示數(shù)據(jù)的交聯(lián)情況，其中GRS77、GDC74A和GIA63中的GPS也存在交聯(lián)情況，姿態(tài)航向基準(zhǔn)系統(tǒng)利用大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)和GPS數(shù)據(jù)進(jìn)行姿態(tài)航向數(shù)據(jù)誤差的修正。

1.4 G1000系統(tǒng)通訊/導(dǎo)航數(shù)據(jù)交聯(lián)

GIA 63包含甚高頻通訊、甚高頻導(dǎo)航和GPS接收機(jī)。通訊和導(dǎo)航音頻通過數(shù)字音頻到GMA 1347音頻板。GPS信息送到GRS77和兩個(gè)顯示器進(jìn)行處理。GTX33，S模式應(yīng)答機(jī)與兩個(gè)GIA通訊。來自GIA的應(yīng)答機(jī)數(shù)據(jù)送到PFD。如果安裝自動(dòng)駕駛儀，第二部GIA輸出模擬的HIS信號到自動(dòng)駕駛儀。GMA1347音頻板控制音頻選擇和應(yīng)/正常模式顯示的切換。

2 G1000系統(tǒng)常見故障分析

本章主要結(jié)合自身近兩年的工作經(jīng)驗(yàn)，對G1000系統(tǒng)涉及幾起典型故障的排故過程進(jìn)行總結(jié)，得到一些分析方法和排故思路。

第一次，機(jī)組反映音頻板上切換應(yīng)急模式的按鈕失效，與機(jī)組交流以后得知，該紅色應(yīng)急按鈕并沒有一直處于失效狀態(tài)，按壓停留幾秒后能夠切換到應(yīng)急模式，只不過工作一段時(shí)間以后又會(huì)失效。經(jīng)過檢查，該按鈕并沒有松動(dòng)跡象，按壓的手感也正常，初步判斷并不是該按鈕本身的故障，可能是因?yàn)榘粹o滲入汗液等雜質(zhì)影響其接觸性能。于是使用電子設(shè)備清潔劑對該按鈕進(jìn)行清潔，并噴上觸點(diǎn)接觸液增強(qiáng)觸點(diǎn)接觸性能，接下來讓該架飛機(jī)觀察飛行一段時(shí)間。晚上夜航回來后，另外一個(gè)機(jī)組反映了同樣的故障現(xiàn)象，當(dāng)晚決定讓那架飛機(jī)停下第二天進(jìn)行排故。第二天，對故障飛機(jī)音頻板軟件重新進(jìn)行裝載，裝載后故障現(xiàn)象依然沒有消失。排故思路再一次作出調(diào)整，我們將該機(jī)的音頻板和另一架備用飛機(jī)音頻板進(jìn)行串件并裝載音頻板軟件，通電檢查以后問題還是沒有得到解決。此時(shí)，排故陷入僵局，與故障現(xiàn)象直接相關(guān)的LRU全都進(jìn)行隔離，問題還是沒有得到解決。經(jīng)過一番討論，我們將故障目標(biāo)鎖定在了MFD（GDU1040）上。新的推斷思路大致是：音頻板上應(yīng)急按鈕作動(dòng)以后PFD和MFD均有反應(yīng)，由此推斷，音頻板上應(yīng)急按鈕已經(jīng)給出了信號，并且信號是通路，經(jīng)過上述排故過程已經(jīng)確定音頻板本身沒有問題，最終將故障件鎖定在了PFD和MFD上，可能是GDU1040接收到的應(yīng)急模式信號并沒有很好的被處理。最后決定交換PFD和MFD，交換PFD和MFD以后故障現(xiàn)象消失，并且觀察飛行一段時(shí)間以后故障現(xiàn)象沒有再出現(xiàn)，此次音頻版應(yīng)急按鈕故障得到徹底的排除。

第二次，機(jī)組反應(yīng)3號缸缸頭指示出現(xiàn)超溫警告現(xiàn)象。地面試車發(fā)現(xiàn)，3號缸缸頭溫度在剛開始的時(shí)候比較正常，與其它缸的溫度相差不大，到了一定的溫度值以后呈不斷增長的趨勢，并出現(xiàn)超溫警告。初步判斷可能是因?yàn)檫B接3號缸缸頭溫度傳感器線路斷路，打開發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩以后，檢查連接3號缸缸頭溫度傳感器的線路，發(fā)現(xiàn)3號缸缸頭溫度傳感器接入座艙段插頭根部導(dǎo)線破皮、斷絲嚴(yán)重，于是對該段導(dǎo)線進(jìn)行焊接并包扎，蓋好發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩以后再一次進(jìn)行地面試車，試車結(jié)果并不像預(yù)期能夠得到好轉(zhuǎn)，3號缸缸頭溫度達(dá)到一定值以后，還是要不斷往上升，增速遠(yuǎn)超于其它缸，直到出現(xiàn)超溫警告。由此推斷連接3號缸缸頭溫度傳感器線路還是出現(xiàn)了斷路，而且極有可能是虛斷，為此再一次的打開發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩檢查3號缸缸頭溫度傳感器線路，前半部分的工作已經(jīng)將3號缸缸頭溫度傳感器接入座艙段的線路問題隔離了，最后只剩下缸頭溫度傳感器本體段的線路未被隔離，目視檢查并未發(fā)現(xiàn)缸頭溫度傳感器本體段的線路有虛斷問題，最后只剩缸頭溫度傳感器本體的插頭未檢查到，于是打開傳感器本體的插頭對線路進(jìn)行檢查，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)插頭部分壓接一根線的螺釘松動(dòng)，擰緊螺釘，恢復(fù)排故現(xiàn)場，經(jīng)地面試車后，故障現(xiàn)象消失，3號缸缸頭超溫警告故障的到排除。

第三次，機(jī)組反應(yīng)警告系統(tǒng)出現(xiàn)低電壓警告，主匯流條有放電現(xiàn)象。與機(jī)組溝通，了解該故障的基本情況以后，我們在地面進(jìn)行試車，發(fā)現(xiàn)電壓只有24.1V，電壓顯示部分有紅色背景的閃爍情況，放電電流有1A左右。初步判斷發(fā)電機(jī)工作正常，但是發(fā)電機(jī)沒有給主電瓶充電，因而出現(xiàn)放電電流。于是將故障件鎖定在發(fā)電機(jī)控制組件，但是更換完發(fā)電機(jī)控制組件以后，故障現(xiàn)象并沒有消失。此時(shí)，我們推斷可能是發(fā)電機(jī)繼電器故障，于是測量發(fā)電機(jī)繼電器線圈的電阻和繼電器兩端的壓降，線圈電阻在發(fā)電機(jī)電門斷開時(shí)70Ω左右，但是在閉合的瞬間競達(dá)到6兆歐，測量壓降的時(shí)候卻沒有壓降（后面證明我們測量繼電器壓降的方法有誤），此時(shí)我們沒有深究繼電器的問題，而是盲目的更換發(fā)電機(jī)，但是故障現(xiàn)象并沒有消失。此時(shí)我們重新理清思路，請示領(lǐng)導(dǎo)，經(jīng)過領(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)，我們重新測量繼電器兩端的壓降及繼電器線圈的電阻，發(fā)現(xiàn)繼電器兩端的電壓差競達(dá)到2V之多，由此判斷繼電器故障。更換繼電器，并裝上原發(fā)電機(jī)控制組件和發(fā)電機(jī)，地面試車后故障現(xiàn)象消失。

上述三次排故經(jīng)歷都給剛接觸機(jī)務(wù)維護(hù)工作的我上了非常生動(dòng)的一課。機(jī)務(wù)維護(hù)工作是一個(gè)不斷積累和摸索的過程，扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，合理的假設(shè)推斷，清晰的排故思路，在整個(gè)排故過程都十分重要，環(huán)環(huán)相扣。機(jī)組反應(yīng)故障現(xiàn)象以后，機(jī)務(wù)人員自己一定要對故障現(xiàn)象有個(gè)全面的了解，除了與機(jī)組溝通以外，地面試車再次觀察故障現(xiàn)象也很重要，通過G1000系統(tǒng)中飛行顯示器查看故障警告，認(rèn)真分析故障數(shù)據(jù)及故障現(xiàn)象，鎖定故障部件或故障LRU。對故障現(xiàn)象有個(gè)充分而全面的了解以后，經(jīng)過認(rèn)真的分析，得出初步的排故思路。要做到排除故障的時(shí)候少走彎路，豐富的工作經(jīng)驗(yàn)固然重要，但是所有排故思路的得出都應(yīng)該建立在理論基礎(chǔ)之上，扎實(shí)的理論基礎(chǔ)能幫助我們精準(zhǔn)的鎖定故障源，對于故障的排除顯得尤為重要。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]