某型飛機(jī)降落時(shí)氣壓高度表負(fù)指原因分析

■ 叢志民 王曉燕/凌云科技集團(tuán)有限責(zé)任公司

1 故障情況

一架某型飛機(jī)用于對(duì)地面導(dǎo)航臺(tái)、塔康系統(tǒng)（TACAN-Tactical Air Navigation System）、儀表著陸系統(tǒng)、微波著陸系統(tǒng)等導(dǎo)航和著陸系統(tǒng)進(jìn)行飛行校驗(yàn)。在飛機(jī)試飛過(guò)程中，空勤人員反映氣壓高度表出現(xiàn)負(fù)指現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為飛機(jī)降落過(guò)程中，大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)氣壓高度表指示數(shù)值不斷減小，在距離地面20m時(shí)，大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)氣壓高度表指示零高度；飛機(jī)落地時(shí)氣壓高度表指示-20m；飛機(jī)滑行剎車時(shí)，氣壓高度表指示持續(xù)減小，最大指到-25m左右；滑行約18s后，氣壓高度表指示回零。由于該飛機(jī)屬于第一次維修，沒有相同機(jī)型作為參考，暫時(shí)無(wú)法對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行定論。因此，對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行分析，及時(shí)找到產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因，對(duì)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的使用具有重要的意義。

2 工作原理和原因分析

結(jié)合大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)氣壓高度表工作原理，從該系統(tǒng)涉及的產(chǎn)品及飛機(jī)上相關(guān)傳感器等方面進(jìn)行分析，該現(xiàn)象的產(chǎn)生可能與大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品失效、機(jī)上全靜壓系統(tǒng)管路方面故障、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)本身的輸出特性有關(guān)。結(jié)合本次飛機(jī)修理過(guò)程及大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)工作原理分析，認(rèn)為產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因可能為：1）大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)工作不正常；2）空速管個(gè)體差異；3）全靜壓系統(tǒng)管路堵塞，空速管進(jìn)氣孔、漏水孔變形；4）大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)本身原因。為了確認(rèn)具體的原因，按以上幾種可能性逐一進(jìn)行分析驗(yàn)證。

2.1 大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)工作不正常

該飛機(jī)安裝的XAS-14大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)由XSG-13G大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)、ZG-1B氣壓高度表、ZKS-2空速指示器和GZW-2溫度傳感器等組成。大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)接收來(lái)自飛機(jī)的靜壓和全壓、來(lái)自總溫傳感器的溫度信號(hào)以及來(lái)自氣壓高度表的場(chǎng)壓裝訂信號(hào)。大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)可選擇兩條靜壓源誤差裝訂曲線，當(dāng)構(gòu)型離散量輸入為“懸空”時(shí)，靜壓源誤差曲線同BGJ25-6B精密高度表所裝訂的曲線一致；當(dāng)構(gòu)型離散量輸入為“地”時(shí)，靜壓源誤差曲線同BGJ25-6A精密高度表所裝訂的曲線一致。選用不同的裝訂曲線，在相同的輸入?yún)?shù)情況下，大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的氣壓高度不同。

如果大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)失效，其輸出的氣壓高度等參數(shù)將發(fā)生變化甚至無(wú)數(shù)據(jù)輸出。大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)輸出3路ARINC429信號(hào)（包含2路高速和1路低速）、1路RS422信號(hào)到應(yīng)答機(jī)和機(jī)上其他設(shè)備，其交聯(lián)關(guān)系如圖1所示。

圖1 大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)交聯(lián)關(guān)系圖

ZG-1B氣壓高度表在微處理器的控制下，通過(guò)串行數(shù)字接口接收大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)送的ARINC429絕對(duì)氣壓高度信號(hào)，并采集場(chǎng)壓裝訂數(shù)輪輸出的數(shù)字編碼信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)微處理器解算，得出飛機(jī)瞬時(shí)的氣壓高度，由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速器帶動(dòng)指針和高度數(shù)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，指示出飛機(jī)的相對(duì)氣壓高度。氣壓高度表的場(chǎng)壓裝訂手柄通過(guò)傳動(dòng)齒輪與場(chǎng)壓數(shù)輪相連。在氣壓高度表接通電源狀態(tài)下，轉(zhuǎn)動(dòng)場(chǎng)壓裝訂手柄以調(diào)節(jié)場(chǎng)壓裝訂數(shù)輪的指示值，使氣壓高度表實(shí)現(xiàn)絕對(duì)氣壓高度測(cè)量和相對(duì)氣壓高度測(cè)量。當(dāng)場(chǎng)壓數(shù)輪指示某一機(jī)場(chǎng)的場(chǎng)壓時(shí)，氣壓高度表指示相對(duì)于某一機(jī)場(chǎng)的相對(duì)氣壓高度。場(chǎng)壓裝訂數(shù)輪安裝的光電編碼電路可將場(chǎng)壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的編碼信號(hào)輸入微處理器，提高了場(chǎng)壓裝訂精度。氣壓高度表具有自檢測(cè)和故障告警功能，工作過(guò)程中能隨時(shí)進(jìn)行自檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果通過(guò)告警旗指示。無(wú)故障時(shí)，告警旗收起；當(dāng)高度測(cè)量系統(tǒng)故障或氣壓高度表本身故障時(shí)，告警旗落下。氣壓高度表失效將導(dǎo)致氣壓高數(shù)指示異常。在試飛過(guò)程中，起飛前轉(zhuǎn)動(dòng)氣壓高度表的場(chǎng)壓裝訂手柄，使氣壓高度表指示機(jī)場(chǎng)的相對(duì)氣壓高度。驗(yàn)證飛行過(guò)程時(shí)間短，場(chǎng)壓基本無(wú)變換，整個(gè)過(guò)程不需調(diào)整場(chǎng)壓裝訂手柄，起飛和降落過(guò)程中告警旗未出現(xiàn)，始終處于收起狀態(tài)，說(shuō)明系統(tǒng)工作正常。

從上述原理分析得知，大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)或氣壓高度表的失效都會(huì)造成氣壓高度表指示異常。將大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)及氣壓高度表拆下檢測(cè)，按照技術(shù)規(guī)范規(guī)定的檢查點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，各項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)要求。由于測(cè)試是按照測(cè)試點(diǎn)的要求進(jìn)行的，無(wú)法完全模擬飛機(jī)降落時(shí)的各項(xiàng)輸入?yún)?shù)，為了進(jìn)一步驗(yàn)證大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)及氣壓高度表的輸出性能參數(shù)，采用更換產(chǎn)品的方式進(jìn)行驗(yàn)證。更換駕駛員一側(cè)的大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)和氣壓高度表后進(jìn)行飛行試驗(yàn)，氣壓高度表指示現(xiàn)象未發(fā)生變化，因此排除上述兩種產(chǎn)品失效的可能。

2.2 空速管個(gè)體差異

該飛機(jī)安裝兩個(gè)GKY-10空速管，在飛機(jī)飛行時(shí)感受周圍的空氣靜壓和迎面氣流的總壓。氣流的靜壓是由位于空速管柱形面上的靜壓孔來(lái)感受的，靜壓孔距空速管的前端有足夠長(zhǎng)的距離以避免受擾動(dòng)氣流的影響。由于進(jìn)廠修理時(shí)空速管銹蝕嚴(yán)重，無(wú)法進(jìn)行修復(fù)，采用了換新處理。對(duì)比新空速管與飛機(jī)原裝空速管后發(fā)現(xiàn)，空速管上的整流環(huán)安裝位置前后存在差異。整流環(huán)安裝位置見圖2。

飛機(jī)下降過(guò)程中，因周圍的空氣不穩(wěn)定，氣流擾動(dòng)可能對(duì)靜壓系統(tǒng)造成影響。如果空速管上整流環(huán)位置的變化會(huì)引起靜壓系統(tǒng)的壓力變化，導(dǎo)致大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)采集到的靜壓隨之發(fā)生變化，那么氣壓高度表指示的相對(duì)氣壓高度也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變。為了驗(yàn)證整流環(huán)位置不同是否對(duì)全靜壓系統(tǒng)的壓力造成影響，更換原機(jī)的空速管進(jìn)行飛行驗(yàn)證。氣壓高度表現(xiàn)象依舊，說(shuō)明空速管整流環(huán)位置的細(xì)小差異對(duì)氣壓高度表指示幾乎無(wú)影響。因此，排除空速管個(gè)體差異的可能。

2.3 全靜壓系統(tǒng)管路影響

全靜壓系統(tǒng)用于感受飛機(jī)迎面氣流的全壓和外界大氣靜壓，并通過(guò)機(jī)上的全靜壓管路輸送給需要用全壓和靜壓的儀表和設(shè)備，全靜壓系統(tǒng)原理見圖3。在下列情況下需對(duì)全靜壓系統(tǒng)進(jìn)行氣密性檢查：更換任何與全靜壓系統(tǒng)管路連接的儀表后；倒出沉淀器的冷凝液后；按照飛行員的要求，左右駕駛員儀表指示不同或其他不正常等情況。

圖2 整流環(huán)安裝位置圖

圖3 全靜壓系統(tǒng)原理圖

為了進(jìn)一步分析全靜壓系統(tǒng)管路的影響，對(duì)全靜壓系統(tǒng)導(dǎo)管進(jìn)行機(jī)上吹洗。對(duì)機(jī)上的全靜壓導(dǎo)管、各型轉(zhuǎn)接頭和沉淀槽四通等，先用抹布擦去表面灰塵，再用抹布蘸上汽油擦掉表面油污。檢查導(dǎo)管無(wú)銹痕、裂紋現(xiàn)象，用冷氣吹洗全靜壓導(dǎo)管、接頭和沉淀槽四通。對(duì)于左GKY-10空速管全壓系統(tǒng)，將左操縱臺(tái)上全壓轉(zhuǎn)換開關(guān)手柄放在“正?！蔽恢?。用氣密試驗(yàn)設(shè)備向飛機(jī)左側(cè)空速管的全壓口加壓，在抽氣（放氣）或加壓（減壓）時(shí)，壓力變化速率應(yīng)不大于1220m/min，儀表板上的空速指示器指到556±9km/h應(yīng)停止加壓并保持，在此壓力下，1 min內(nèi)空速表指針下降不得超過(guò)2.8km/h，緩慢釋放左空速管全壓系統(tǒng)壓力。按照類似方法對(duì)右GKY-10空速管全壓系統(tǒng)、左右GKY-10 空速管靜壓系統(tǒng)進(jìn)行檢查。檢查未發(fā)現(xiàn)異常，吹洗過(guò)程中未發(fā)現(xiàn)管路有堵塞現(xiàn)象，飛行驗(yàn)證未發(fā)生變化，因此排除全靜壓管路堵塞的可能。

2.4 大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)本身特性

大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)由大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)、總溫傳感器、氣壓高度表和空速表等組成。大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)接收大氣靜壓、全壓信號(hào)和總溫傳感器的溫度電阻信號(hào)，計(jì)算機(jī)通過(guò)信號(hào)處理解算出各種大氣參數(shù)，以ARINC429總線形式發(fā)送給氣壓高度表。氣壓高度表指示飛機(jī)相對(duì)于起飛、著落等基準(zhǔn)點(diǎn)的氣壓高度。測(cè)量高度的基準(zhǔn)面不同，所得出的飛行高度也不同。實(shí)際飛行中，應(yīng)用最多的是相對(duì)高度和標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度，起飛著陸時(shí)必須知道機(jī)場(chǎng)的相對(duì)高度，場(chǎng)外飛行和轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)要用到標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度。

由大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)原理可知，該大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)有兩種裝訂曲線，當(dāng)構(gòu)型離散量在懸空時(shí)，大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)裝訂曲線為BGJ25-6B，當(dāng)構(gòu)型離散量在接地時(shí)，大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)裝訂曲線為BGJ25-6A，表1和表2為兩種裝訂曲線下的輸出參數(shù)技術(shù)指標(biāo)。

為進(jìn)一步分析原因，將飛行情況反饋給大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)制造廠，對(duì)該型大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)輸入?yún)?shù)進(jìn)行軟件模擬，模擬試驗(yàn)結(jié)果如下。

模擬飛機(jī)空速?gòu)?00km/h、氣壓高度從178m不斷降低的過(guò)程：當(dāng)全壓與靜壓差值為14mmHg左右時(shí)，相對(duì)氣壓高度為0m左右，隨之持續(xù)下降；當(dāng)全壓與靜壓差值為11.9mmHg左右時(shí)，相對(duì)氣壓高度為-15m左右，隨之持續(xù)下降；當(dāng)全壓與靜壓差值為11.5mmHg左右時(shí)，相對(duì)氣壓高度為-19m左右，隨之持續(xù)下降；當(dāng)全壓與靜壓差值為11mmHg左右時(shí)，相對(duì)氣壓高度為-24.58m左右，隨之持續(xù)下降。

表1 大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)輸出精度（裝訂曲線為BGJ25-6B）

表2 大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)輸出精度（裝訂曲線為BGJ25-6A）

模擬飛機(jī)降落地面進(jìn)行滑行階段，此時(shí)氣壓高度變化很小，空速不停減?。寒?dāng)空速為147.68km/h、全壓與靜壓差值為8mmHg，相對(duì)氣壓高度為-3m左右，空速持續(xù)減?。划?dāng)空速為78.79km/h、全壓與靜壓差值為2.27mmHg，相對(duì)氣壓高度為-1.9m左右，空速持續(xù)減小；當(dāng)空速為30.79km/h、全壓與靜壓差值為0.32mmHg，相對(duì)氣壓高度為-1.24m左右，空速持續(xù)減??；當(dāng)空速為10.95km/h、全壓與靜壓差值為0.04mmHg，相對(duì)氣壓高度為-1.14m左右，直至飛機(jī)完全停止，飛機(jī)氣壓高度將變?yōu)?m。

通過(guò)軟件模擬飛機(jī)降落過(guò)程發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)存在氣壓高度表負(fù)指的現(xiàn)象。為進(jìn)一步驗(yàn)證氣壓高度表負(fù)指現(xiàn)象，利用內(nèi)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備對(duì)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)與氣壓高度表進(jìn)行配套試驗(yàn)，給定高度0km，速度從0km/h緩慢上升到300km/h，再?gòu)?00km/h緩慢下降到0km/h。高度表的指示情況為：在構(gòu)型離散量懸空情況下，高度表最大指示-10m左右；在構(gòu)型離散量接地情況下，高度表最大指示-25m左右。

從上述軟件模擬和系統(tǒng)配套模擬結(jié)果分析得知，飛機(jī)在降落過(guò)程中，大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)氣壓高度表回零后氣壓高度繼續(xù)減少，高度表指針負(fù)指到最大-25m左右，隨著飛機(jī)速度的降低，氣壓高度表指示慢慢回零，符合飛機(jī)降落時(shí)氣壓高度表負(fù)指的現(xiàn)象。該現(xiàn)象是由大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的裝訂曲線所決定的，由大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)在整個(gè)高度測(cè)量范圍內(nèi)的動(dòng)壓對(duì)其進(jìn)行修正。因此，飛機(jī)降落時(shí)出現(xiàn)氣壓高度表負(fù)指既不是相關(guān)產(chǎn)品失效也不是全靜壓管路影響所致，而是大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)本身輸出的特性所決定的。

3 結(jié)束語(yǔ)

大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包絡(luò)線由飛機(jī)主機(jī)廠提供，系統(tǒng)研制廠按照飛機(jī)主機(jī)廠提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)生產(chǎn)。不同飛機(jī)的大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的裝訂曲線不同，用內(nèi)場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行檢查時(shí)，如果該系統(tǒng)沒有補(bǔ)償且沒有設(shè)置不補(bǔ)償選擇開關(guān)（或控制接口），檢測(cè)設(shè)備僅能檢測(cè)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)補(bǔ)償后的輸出參數(shù)，無(wú)法對(duì)不補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行檢查。因此，在對(duì)大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)輸出參數(shù)進(jìn)行檢查時(shí)，必須明確測(cè)試狀態(tài)和輸入的參數(shù)，以及外場(chǎng)測(cè)試（補(bǔ)償）與內(nèi)場(chǎng)測(cè)試（補(bǔ)償或不補(bǔ)償）狀態(tài)的差別。

實(shí)踐證明，通過(guò)更換相關(guān)產(chǎn)品、試驗(yàn)?zāi)M等方法進(jìn)行原因分析，驗(yàn)證了氣壓高度表負(fù)指屬于大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)本身輸出特性，該方法為大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品的使用和維護(hù)提供了一定的參考。