直升機一線檢測設(shè)備綜合化

徐 輝

(海裝駐南昌地區(qū)軍事代表室，江西 南昌 330000)

0 引言

隨著航空產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，軍用直升機的功能性能得到很大提升，特別是機載電子設(shè)備設(shè)計中引入了綜合化的設(shè)計思想，性能先進(jìn)，其各系統(tǒng)之間交聯(lián)關(guān)系也越來越多樣化、復(fù)雜化，相互共享的資源多。盡管直升機上的部分電氣或系統(tǒng)具備機內(nèi)檢測能力[1]，但各個系統(tǒng)由不同的廠家設(shè)計，各廠家在進(jìn)行機內(nèi)檢測設(shè)計時，主要針對系統(tǒng)內(nèi)部單個產(chǎn)品，無法實現(xiàn)系統(tǒng)間的測試。機內(nèi)檢測在部件出現(xiàn)典型故障時能夠起到很大的作用，但是也存在覆蓋不夠全面，測試內(nèi)容相對簡單，虛警現(xiàn)象等問題，仍需借助各種地面檢測設(shè)備對相應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行地面維護和檢測,獲取機內(nèi)檢測的故障信息，用于進(jìn)一步的故障定位。

地面檢測設(shè)備作為檢測和保障直升機系統(tǒng)功能正常的重要設(shè)備，直接影響到直升機綜合保障的高效、快速、機動能力。隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，無論是國外還是我國各主機廠、院校和研究所都在陸續(xù)開展綜合檢測設(shè)備的研制，但主要綜合對象仍是二線所使用的ATE[4]。ATE主要是對機載設(shè)備進(jìn)行離位檢測，且檢測系統(tǒng)體積龐大。針對外場進(jìn)行的一線檢測工作，仍采用多項設(shè)備完成，給地勤人員的工作帶來很大不便。因此軍用直升機一線檢測設(shè)備的綜合化迫在眉睫。

1 檢測設(shè)備綜合化設(shè)計原則

一線檢測設(shè)備主要用于對直升機機載電子系統(tǒng)進(jìn)行外場檢測，故障隔離至外場可更換單元(LRU)或外場可更換模塊(LRM)，并貫穿保障設(shè)備小型化、通用化、綜合化的設(shè)計思想。

1.1 檢測主機小型化

一線檢測設(shè)備與二線檢測設(shè)備最大的區(qū)別在于：一線設(shè)備主要為外場地勤人員現(xiàn)場排故使用，二線設(shè)備主要為修理場進(jìn)行定檢工作或機載設(shè)備離位檢測使用。 因此二線使用的ATE多采用臺式工控機甚至柜式結(jié)構(gòu)組成檢測主機，設(shè)備的重量大小要求不高，具有很強的擴展性。而一線檢測設(shè)備需滿足外場攜帶方便的要求，并需具有更高的環(huán)境適應(yīng)性，多采用軍用加固筆記本為檢測主機，配以相應(yīng)檢測電纜和檢測軟件達(dá)到檢測目的。

1.2 檢測接口通用化

隨著航空總線和電子通訊技術(shù)的發(fā)展，機載設(shè)備的通訊類型越來越多樣化，其對應(yīng)的檢測接口也是多樣化，這就要求地面檢測設(shè)備也必須具備多種檢測接口。雖然以便攜式加固筆記本為主體的一線檢測設(shè)備不能像ATE一樣通過配備大量接口板卡的形式擴展檢測接口，但可以借鑒ATE接口矩陣的思想，硬件可采用接口通用化的加固筆記本配合接口適配器的方式使用。便攜式加固筆記本多具備串口、以太網(wǎng)口、USB等通用通訊接口，適配器用于實現(xiàn)直升機特殊通訊接口與通用接口的轉(zhuǎn)換[6]，達(dá)到檢測主機與直升機系統(tǒng)完成交聯(lián)的目的。

1.3 使用頻率和研制成本綜合考慮

外場排故經(jīng)常使用的功能可進(jìn)行綜合；修理廠進(jìn)行的周期性工作等不常用功能可使用單一設(shè)備完成。研制成本較高的功能不進(jìn)行綜合，例如需使用價格昂貴的數(shù)模轉(zhuǎn)換板卡或進(jìn)口總線通訊板卡時。另外，為節(jié)省成本，在滿足使用要求的情況下，可采用多臺檢測主機共用一套適配器的形式。

2 某型直升機一線檢測設(shè)備綜合化研制和應(yīng)用情況

某型直升機在進(jìn)行設(shè)備綜合前，為滿足外場所需的機電系統(tǒng)地面維護、飛行控制系統(tǒng)地面檢測、綜合數(shù)據(jù)記錄卡的讀取、液壓環(huán)控系統(tǒng)各控制盒的檢測、總線數(shù)據(jù)監(jiān)控以及發(fā)動機專家診斷的功能，需配套6項獨立的設(shè)備來完成，綜合后只需要一臺重量約10kg的加固筆記本配合一套適配器和檢測電纜即可實現(xiàn)，較綜合前節(jié)約成本約30%，組成形式如圖1所示。

圖1 一線檢測設(shè)備組成

2.1 測試原理

檢測設(shè)備通過RS422/1553B總線與被測系統(tǒng)的核心計算機部件進(jìn)行參數(shù)交互，被測系統(tǒng)與機上其他系統(tǒng)的交聯(lián)主要通過該計算機部件完成，采用1553B總線、RS422總線、離散量、頻率信號和模擬量等信號交互信息。

被測系統(tǒng)交聯(lián)信號集中在核心計算機部件，通過核心計算機部件對被測系統(tǒng)的線路、功能、邏輯以及內(nèi)部交聯(lián)進(jìn)行檢測。

檢測設(shè)備的適配器安裝在機載安裝支架上，內(nèi)部采用三通設(shè)計，其一端通過適配器電纜與被測系統(tǒng)部件連接；另一端與機上電纜連接，實現(xiàn)與機載產(chǎn)品的連接；適配器內(nèi)部實現(xiàn)機載產(chǎn)品與被測系統(tǒng)連接的同時，將需要監(jiān)測的信號引致第三端連接器，通過測試電纜連接檢測設(shè)備。檢測設(shè)備監(jiān)測被測系統(tǒng)輸入輸出信號，獲取其工作狀態(tài)信息，依據(jù)判據(jù)判定被測系統(tǒng)故障情況。測試原理如圖2所示。

圖2 測試原理示意圖

2.2 設(shè)計方案

該一線檢測設(shè)備采用CompactPCI系統(tǒng)架構(gòu)，擁有1個系統(tǒng)槽和10個外圍設(shè)備槽。以主控計算機為核心，實現(xiàn)信號的全數(shù)字化仿真、采集和分析。測試資源引出至設(shè)備面板的檢測接口，通過測試電纜、適配器與被測機載系統(tǒng)交聯(lián)。使用人員通過筆記本即可實現(xiàn)與機上系統(tǒng)的人機交互，完成機電系統(tǒng)地面維護或飛行控制系統(tǒng)地面檢測等工作，其設(shè)計原理見圖3。

圖3 設(shè)計原理

2.3 開關(guān)矩陣設(shè)計

檢測設(shè)備采用了自動測試開關(guān)矩陣的設(shè)計方法，具有模塊化組合、互換性，并可擴展。通過開關(guān)矩陣實現(xiàn)對各類信號資源的配置，矩陣開關(guān)通過矩形連接器將機載系統(tǒng)被測信號連接至檢測設(shè)備的測試資源，完成物理連接。矩陣開關(guān)組合配置原理圖如圖4所示，接線原理圖如圖5。

圖4 矩陣開關(guān)組合配置原理圖

圖5 矩陣開關(guān)接線設(shè)計原理圖

2.4 測試接口設(shè)計

根據(jù)對被測系統(tǒng)接口信號的分析情況，除供電電源外其余信號均為小信號，電流較小，電源在主機內(nèi)部走線時采用高溫屏蔽線，防止電源和其他信號之間相互干擾。為適應(yīng)不同過電流需求，測試接口采用通用的矩形連接器，連接器內(nèi)包含功率針和信號針兩部分：電源分布區(qū)腳集中布置于連接器頂端，有效位置內(nèi)安裝4針功率針，每針過電流可達(dá)10A；剩余170針采用信號針，每針過電流為1A。連接器外殼有導(dǎo)向定位，具有防差錯功能，且設(shè)計有鎖定螺桿，有效防止連接器插合后脫落，保障連接器連接的可靠性。1553B信號使用專用接頭和線纜。矩形連接器信號分布設(shè)計見圖6。

圖6 矩形連接器信號分布圖

2.5 適配器設(shè)計

為實現(xiàn)測試連接，需設(shè)計適配器。適配器安裝于被測系統(tǒng)支架上，嚴(yán)格依照被測系統(tǒng)部件外形設(shè)計。通過適配器內(nèi)部電路實現(xiàn)部件、機上電纜和檢測設(shè)備三者間的三通連接。適配器通過矩形插頭和機上電纜連接；適配器根據(jù)測試需要設(shè)計有三通，三通將被測信號連接測試電纜，進(jìn)入檢測設(shè)備。在適配器前后側(cè)板上共固定有2個4口耦合器，機上電纜引入的1553B信號進(jìn)入耦合器，通過耦合器從適配器右側(cè)三通出線端連機器引出，通過1553B電纜到達(dá)檢測設(shè)備。

適配電纜采用高溫導(dǎo)線制作，依據(jù)信號抗干擾能力分別采用單芯線、單芯屏蔽線和雙絞屏蔽線，所有屏蔽層可靠接地。為保證電纜柔軟，所有線纜均選用繞包線，在同等規(guī)格線芯下減小整個線纜的直徑，同時提高線纜的柔軟度。電纜設(shè)計防差錯螺釘，保證測試電纜與適配電纜使用無誤。

2.6 軟件架構(gòu)

檢測設(shè)備軟件遵循“標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、層次化”的設(shè)計原則，基于Microsoft Windows 7操作系統(tǒng)，采用VC++開發(fā)。軟件系統(tǒng)安裝于設(shè)備主機上，通過人機交互界面調(diào)用各接口模塊的服務(wù)程序，向被測部件發(fā)送測試指令、測試信號；被測部件接收指令，受激勵后，向系統(tǒng)反饋相應(yīng)信號；系統(tǒng)對反饋信號進(jìn)行采集、解析，并將相應(yīng)信息通過人機交互界面顯示，檢測(維修)人員以此判斷被測部件是否故障。

檢測設(shè)備軟件體系結(jié)構(gòu)如圖7所所示。

圖7 軟件體系結(jié)構(gòu)

2.7 應(yīng)用情況

為滿足外場各專業(yè)的需求，我國某海軍航空兵部隊隨某型直升機配備了4臺檢測主機和1套適配器，每臺檢測主機均安裝所有檢測軟件，硬件完全相同，具有互換性。外場使用反映良好，便于管理。

3 一線檢測設(shè)備綜合化的發(fā)展趨勢

由于各機載產(chǎn)品配套廠研制工作的獨立性以及接口的非開放性，直升機上往往具有各種檢測接口，這種差異性約束了檢測設(shè)備檢測電纜以及適配器的綜合化。如某型直升機，雖然對檢測主機進(jìn)行了綜合，完成六項檢測功能仍需配套10根不同的檢測電纜。

隨著直升機系統(tǒng)總線類型以及檢測接口的通用化、綜合化發(fā)展，相信綜合后的一線檢測設(shè)備所需要的適配器和電纜將越來越少，在不久的將來，地勤人員只需取出一臺通用筆記本即可完成多項外場工作。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，軍用加固筆記可由便攜式平板電腦替代，配以相應(yīng)的直升機交互式電子手冊，可兼顧便攜式輔助維修設(shè)備，即PMA的功能[7]。為滿足艦面保障節(jié)約資源的需求，不同機型之間也可開展一線檢測設(shè)備通用化綜合化的研究。

4 結(jié)束語

本文闡述了直升機一線檢測設(shè)備的一般設(shè)計原則，并以某型號為例，對其配套的一線檢測設(shè)備的設(shè)計、綜合化前后的成本及保障效果等進(jìn)行了闡述、對比和分析。外場結(jié)果表明，直升機一線檢測設(shè)備的綜合化給外場保障帶來很大便利，但要做到最大化的綜合和通用，仍需各主機廠、設(shè)計所以及成品廠打破技術(shù)壁壘，通力合作，使設(shè)備得到進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。