淺析KCS305隨動(dòng)羅盤系統(tǒng)告警旗不收故障原因

李波 張曉軍

摘要：介紹了KCS305隨動(dòng)羅盤系統(tǒng)工作原理及告警旗控制電路原理，通過(guò)對(duì)KCS305隨動(dòng)羅盤系統(tǒng)中旗標(biāo)控制電路、800Hz基準(zhǔn)發(fā)生器電路、誤差檢測(cè)器電路、隨動(dòng)脈沖發(fā)生器等電路的分析，淺析了該系統(tǒng)告警旗不收故障的原因。

關(guān)鍵詞：KCS305隨動(dòng)羅盤系統(tǒng)；告警旗；故障

Keywords：KCS305 servo compass system；warning flag；fault

0 引言

KCS305隨動(dòng)羅盤系統(tǒng)向ARINC標(biāo)準(zhǔn)航向指示器、自動(dòng)飛行控制系統(tǒng)和飛行指引系統(tǒng)提供主要的航向數(shù)據(jù)，駕駛員操作控制器件可以對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)行選擇和控制。隨動(dòng)羅盤系統(tǒng)由KSG105方位陀螺、KMT112磁傳感器和KA51B隨動(dòng)控制器三部分組成。

KCS305隨動(dòng)羅盤系統(tǒng)常見(jiàn)故障是告警旗不收，該故障表現(xiàn)在信號(hào)輸出到無(wú)線電磁指示器時(shí)，系統(tǒng)穩(wěn)定后告警旗不收；在隨動(dòng)、自由狀態(tài)下操作隨動(dòng)控制器，隨動(dòng)結(jié)束后告警旗不收。本文主要研究告警旗不收的故障原因，并提出了排除方法。

1 系統(tǒng)工作原理

KCS305隨動(dòng)羅盤系統(tǒng)利用方位陀螺三自由度陀螺儀在空間保持一定方向的特性和磁傳感器相對(duì)地磁場(chǎng)位置變化而產(chǎn)出信號(hào)的特性來(lái)測(cè)定飛機(jī)航向。

KA51B隨動(dòng)控制器上的隨動(dòng)表指示KSG105方位陀螺與KMT112磁傳感器之間的隨動(dòng)誤差，“SLAVE（隨動(dòng)）/ FREE（自由）”開(kāi)關(guān)可使系統(tǒng)處于“方位陀螺”或“自由陀螺”工作方式。 KSG105方位陀螺的雙套（ARINC標(biāo)準(zhǔn)）同步發(fā)送器由同一步進(jìn)電機(jī)機(jī)械定位，該電機(jī)由陀螺萬(wàn)向支架的軸編碼器發(fā)出的脈沖信號(hào)進(jìn)行程序控制，通過(guò)磁傳感器控制變壓器發(fā)出誤差信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，使方位陀螺始終對(duì)準(zhǔn)磁北。

2 告警旗控制電路原理

當(dāng)KCS305隨動(dòng)羅盤系統(tǒng)航向校準(zhǔn)穩(wěn)定后或航向隨動(dòng)結(jié)束后，告警旗收起。在校準(zhǔn)或隨動(dòng)過(guò)程中，由磁傳感器控制變壓器發(fā)出誤差信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，使方位陀螺協(xié)調(diào)到磁北，發(fā)出“航向有效”信號(hào)，驅(qū)動(dòng)旗標(biāo)控制繼電器控制警告系統(tǒng)的警告旗收起，同時(shí)同步發(fā)送器發(fā)出有效航向信號(hào)。

告警旗控制電路如圖1所示，該電路前端接收來(lái)自SLAVING PULSE GENERATOR（磁修正脈沖發(fā)生器）、SPIN MOTOR RATE DETECTOR（旋轉(zhuǎn)電機(jī)速率檢測(cè)器）、FLUX VALVE DE TECTOR（誤差檢測(cè)器）信號(hào)，組成一個(gè)邏輯門。當(dāng)所有監(jiān)測(cè)信號(hào)正常時(shí)，邏輯輸入端為低電平，發(fā)生一個(gè)“有效”輸入，進(jìn)而使旗標(biāo)繼電器保持接通，告警旗收起。

3 故障原因分析

針對(duì)警告系統(tǒng)警告旗不收起進(jìn)行分析，“航向有效”旗標(biāo)控制繼電器受下述因素控制導(dǎo)致出現(xiàn)故障：

1）旗標(biāo)控制繼電器故障，無(wú)法進(jìn)行旗標(biāo)轉(zhuǎn)換控制；

2）800Hz基準(zhǔn)發(fā)生器無(wú)800Hz基準(zhǔn)輸出，無(wú)法輸出陀螺航向信號(hào)；

3）誤差檢測(cè)器故障，無(wú)法進(jìn)行快慢轉(zhuǎn)換；

4）隨動(dòng)脈沖發(fā)生器故障，3種工作狀態(tài)無(wú)法正常完成；

5）KMT112磁傳感器故障，無(wú)法輸出磁航向基準(zhǔn)信號(hào)。

3.1 旗標(biāo)控制電路

當(dāng)電源加到KCS305隨動(dòng)羅盤系統(tǒng)時(shí)，選擇方位陀螺狀態(tài)，由KSG105方位陀螺提供的航向信號(hào)將自動(dòng)按KMT112磁傳感器發(fā)出的磁方向基準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)結(jié)束后，告警旗收起。

旗標(biāo)控制繼電器K101為雙刀雙擲型開(kāi)關(guān)，該繼電器可向羅盤旗標(biāo)控制提供警告時(shí)的觸點(diǎn)閉合。如圖1所示，當(dāng)所有5個(gè)邏輯輸入端為低電平時(shí)，發(fā)生一個(gè)“有效”輸入。

CR114、CR115、CR116、CR113和CR135構(gòu)成一個(gè)5輸入的“或”邏輯門。如果前端5個(gè)輸入中任意一個(gè)為“高”，I103的輸出端將為“低”，Q110關(guān)閉，Q109的基本驅(qū)動(dòng)電流不能使用。I103作為邏輯電平轉(zhuǎn)換器使用。在“有效”狀態(tài)期間，Q110和Q109飽和導(dǎo)通，因而繼電器K101保持接通狀態(tài)。

除了這5個(gè)輸入控制以外，任何其他阻止K101線圈激勵(lì)的故障形式也將引起警告旗標(biāo)狀態(tài)。檢查以上電子元器件，如有器件故障，應(yīng)更換相應(yīng)元件；如性能合格，再根據(jù)以上分析檢查K101的線圈阻值是否正常（正常阻值為650±20Ω），并檢查繼電器的常閉常開(kāi)是否正常，如不正常，則更換繼電器。

3.2 800Hz基準(zhǔn)發(fā)生器

800Hz基準(zhǔn)方波是從400Hz電源綜合而成的，如圖2所示，全波整流信號(hào) Va通過(guò)R137和齊納二極管CR118施加到開(kāi)關(guān)晶體管Q103的基準(zhǔn)極上。當(dāng)Va超過(guò)齊納管基準(zhǔn)電壓20V時(shí)，Q103導(dǎo)通。方波Vb由COS MOS變頻器I104緩沖，將其調(diào)制用作800Hz解調(diào)器中的一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管的激勵(lì)。

用示波器檢查800Hz基準(zhǔn)發(fā)生器電路中Va波形和Vb的800Hz方波是否符合圖3的信號(hào)特性，若不符合則排除電路中相關(guān)元器件故障。若波形均正常，I104A集成塊10號(hào)引腳無(wú)激勵(lì)信號(hào)輸出，則為I104A集成塊故障。

3.3 誤差檢測(cè)器

誤差檢測(cè)器接收來(lái)自800Hz解調(diào)器和低通濾波器的直流輸出信號(hào)。一個(gè)運(yùn)算放大器用作一個(gè)極性檢測(cè)器，以確定順時(shí)針和反時(shí)針誤差。如圖4所示，這一輸出通過(guò)C123連接到第二個(gè)運(yùn)算放大器，以檢測(cè)第一個(gè)放大器的極性變化。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)輸出多次迅速變化時(shí)，表明陀螺在零位置來(lái)回快速隨動(dòng)，將會(huì)在第二個(gè)放大器的輸出上產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓用來(lái)將陀螺轉(zhuǎn)換為慢速隨動(dòng)速率。

如果旗標(biāo)控制電路和800Hz基準(zhǔn)發(fā)生器電路均正常，且操作控制盒無(wú)法給定航向的順時(shí)針和反時(shí)針的航向變化，檢查此電路，并更換故障元件。

3.4 隨動(dòng)脈沖發(fā)生器

隨動(dòng)脈沖發(fā)生器將各種輸入邏輯指令變?yōu)椴竭M(jìn)電機(jī)的控制脈沖。圖5所示為三種手動(dòng)狀態(tài)控制線路：隨動(dòng)/自由、反時(shí)針和順時(shí)針。這些線路的邏輯狀態(tài)由駕駛員操作控制盒開(kāi)關(guān)接通。另外，只要選擇方位陀螺狀態(tài)，來(lái)自誤差檢測(cè)器的兩條線路允許連續(xù)自動(dòng)隨動(dòng)，根據(jù)這五個(gè)輸出可產(chǎn)生隨動(dòng)脈沖和方向指令。

邏輯門I103、I104和I105是工作在+12V電源的COS M03 4000序列。對(duì)幾種工作狀態(tài)下的輸入和輸出信號(hào)以“高”（+12V）和“低”（0V）邏輯電壓的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)明。

二極管CR110、CR111和CR120組成一個(gè)模擬求和門電路，允許各種充電速率輸至振蕩器電容C112。選擇串聯(lián)電阻以便對(duì)不同的輸入狀態(tài)產(chǎn)生各種脈沖速率。

1）狀態(tài)A：自由陀螺狀態(tài)

在自由陀螺狀態(tài)，隨動(dòng)/自由、反時(shí)針和順時(shí)針線路都是低電平，因而3個(gè)二極管都是斷開(kāi)的，并且C112保持放電，使在I111插針3處的信號(hào)保持在高狀態(tài)。由于沒(méi)有脈沖產(chǎn)生，自動(dòng)隨動(dòng)回路開(kāi)路，與來(lái)自誤差檢測(cè)器的指令無(wú)關(guān)。

2）狀態(tài)B：方位陀螺狀態(tài)

在方位陀螺狀態(tài)，隨動(dòng)/自由線路為高電平，通過(guò)R114啟動(dòng)振蕩器。當(dāng)這一線路首先啟動(dòng)時(shí)，閉鎖I110輸出插針3被作用到一個(gè)高電平，開(kāi)始自動(dòng)快速隨動(dòng)周期，而在I111的插針3處的隨動(dòng)脈沖速率通過(guò)R145給C112充電的電流來(lái)調(diào)定，該階段通過(guò)R144的電流分配可忽略不計(jì)。當(dāng)誤差檢測(cè)器給I110插針2提供足夠高的電壓后，輸出插針3將轉(zhuǎn)換到一個(gè)低電平，這樣就通過(guò)I103將插入指針鎖定到高電平。I111的插針3處的脈沖速率被降低，但仍通過(guò)R144給C112充電的電流來(lái)保持?？焖偌奥匐S動(dòng)脈沖速率分別約為16Hz和1/4Hz，這些脈沖確立了隨動(dòng)發(fā)生的速率。

當(dāng)隨動(dòng)/自由線路轉(zhuǎn)換回低電平時(shí)，I110將從慢速上升狀態(tài)解鎖，I103插針2轉(zhuǎn)換到高電平，解鎖I110插入插針3。

隨動(dòng)方向指令通過(guò)I103發(fā)送。輸出方向邏輯“高”為順時(shí)針，“低”為反時(shí)針，輸出方向與駕駛員的水平狀態(tài)指示器的上的航向方位牌轉(zhuǎn)動(dòng)有關(guān)。

3）狀態(tài)C：手動(dòng)調(diào)整

通過(guò)短時(shí)作用的面板安裝開(kāi)關(guān)將順時(shí)針或者反時(shí)針線路提高到高電壓，駕駛員將使振蕩器工作于根據(jù)R143的值所確定的快速速率。

如果旗標(biāo)控制電路、800Hz基準(zhǔn)發(fā)生器電路和誤差檢測(cè)器電路均正常，且隨動(dòng)/自由無(wú)法選擇，反時(shí)針和順時(shí)針操作協(xié)調(diào)不到位無(wú)法停止，應(yīng)檢查此電路元器件，并更換故障元件。

3.5 KMT112磁傳感器

KMT112磁傳感器感受地球磁場(chǎng)的水平分量并將此分量傳給KSG105陀螺，供長(zhǎng)期修正用。如果KMT112磁傳感器故障，KSG105陀螺無(wú)法得到有效的磁航向，告警旗會(huì)放下。

轉(zhuǎn)動(dòng)KMT112磁傳感器，KA51B隨動(dòng)控制器的小指針應(yīng)跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)。如不跟隨，說(shuō)明KMT112磁傳感器故障。測(cè)量其插針A、B、D之間線圈阻值，正常阻值為200Ω±10Ω，若無(wú)阻值或超差，則需更換傳感器。

4 總結(jié)

KCS305隨動(dòng)羅盤系統(tǒng)作為某機(jī)型的重要系統(tǒng)之一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電路部分對(duì)信號(hào)控制和傳輸影響較大，各分電路的聯(lián)系較密切。本文對(duì)影響告警旗不收的主要電路部分進(jìn)行了詳細(xì)的分析和說(shuō)明，對(duì)今后該系統(tǒng)告警旗不收故障的排除有一定幫助。KSG105陀螺儀為精密儀器，建議在產(chǎn)品接通電源前5min、斷開(kāi)電源后10min內(nèi)不要搬動(dòng)，以避免造成內(nèi)部陀螺故障，產(chǎn)生誤差。

作者簡(jiǎn)介

李波，工程師，主要從事航空儀表、航電專業(yè)的修理技術(shù)及航空裝備保障等研究。

張曉軍，工程師，主要從事航空維修工程管理及科研生產(chǎn)質(zhì)量管理。