B737飛機(jī)迎角傳感器故障分析

吳鋒 宋劍

0 引言

大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)是飛機(jī)重要系統(tǒng)之一，直接影響飛機(jī)的操縱模式與飛行狀態(tài)。飛行所需的大氣數(shù)據(jù)由采集到的原始參數(shù)計(jì)算獲得，原始數(shù)據(jù)包括全壓、靜壓、總溫、迎角。其中迎角（AOA）是飛機(jī)與大氣之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的矢量與飛機(jī)或機(jī)翼上的參考線之間的角度，大多數(shù)商用噴氣式飛機(jī)使用機(jī)身中心線或縱軸作為參考線。迎角數(shù)據(jù)是飛行控制的重要參數(shù)之一，飛行控制系統(tǒng)根據(jù)飛機(jī)全重、迎角、空速等參數(shù)，調(diào)整飛機(jī)姿態(tài)及發(fā)動(dòng)機(jī)推力，以確保飛機(jī)的姿態(tài)處于安全飛行包線中。迎角傳感器的故障可以導(dǎo)致間隙或連續(xù)性抖桿、最低速度不正確、增大控制飛機(jī)低頭的操作力、空速不一致警告、高度不一致警告、AOA不一致警告、感覺(jué)壓差燈亮、自動(dòng)駕駛脫開(kāi)等故障。

上述故障在飛行的各個(gè)階段可能導(dǎo)致運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，包括沖出跑道、飛機(jī)返航備降、飛機(jī)失速、非指令配平。

1 迎角傳感器的原理

波音737飛機(jī)有兩個(gè)迎角傳感器，分別裝在駕駛艙前下部的兩側(cè)，飛機(jī)具備一定的運(yùn)動(dòng)速度后（空速80節(jié)以上），外部的氣動(dòng)力驅(qū)動(dòng)風(fēng)標(biāo)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)與氣流方向一致，帶動(dòng)葉片轉(zhuǎn)軸連接的兩組轉(zhuǎn)子線圈，在垂直的定子線圈（與機(jī)身固定的正弦余弦解算器）上產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，用于測(cè)量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，即飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)中的迎角。

每一個(gè)迎角的角度信號(hào)分為兩路輸出：一路送至同側(cè)的失速管理偏航管理組件（SMYD），用于失速警告邏輯的判斷，如圖1所示。

另一路送至同側(cè)大氣數(shù)據(jù)慣導(dǎo)組件（ADIRU），用于計(jì)算高度、空速等大氣數(shù)據(jù)的補(bǔ)償參數(shù)，如圖2所示。

2 迎角傳感器的結(jié)構(gòu)

2.1 AOA的外觀示意圖

迎角傳感器分為機(jī)械部分和電氣部分。機(jī)械部分由殼體、安裝座、風(fēng)標(biāo)等組成。電氣部分由兩組轉(zhuǎn)子線圈、兩組定子正弦余弦解算器、兩個(gè)電插頭、加溫電路等組成。如圖3所示。

2.2 AOA內(nèi)部線路圖

迎角傳感器的J1電插頭包含一組解算器，將迎角信號(hào)提供給SYMD，此插頭中還包含迎角傳感器的電加溫電路。J2插頭包含一組解算器，將迎角信號(hào)提供給ADIRU。如圖4所示。

3 AOA常見(jiàn)故障

通過(guò)梳理波音737機(jī)隊(duì)的故障記錄，可以將迎角傳感器的故障分為以下幾類(lèi)。

1） 外觀缺損

日常對(duì)飛機(jī)做外觀檢查的工作包含了對(duì)迎角傳感器的目視檢查，檢查迎角傳感器是否存在外部材料丟失、葉片彎曲、變形等故障。波音于2020年10月15日新修訂了AMM中關(guān)于迎角傳感器的檢查標(biāo)準(zhǔn)，要求如果風(fēng)標(biāo)葉片受到?jīng)_擊（如鳥(niǎo)擊、冰擊等），即使沒(méi)有可見(jiàn)的外部損壞跡象，也應(yīng)將葉片卸下并送至維修機(jī)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試分析，以確保內(nèi)部沒(méi)有損壞。安裝座表面痕跡/劃痕不會(huì)影響葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能或面板的結(jié)構(gòu)完整性，所以安裝面板上的痕跡/劃痕是可以接受的。

2） 轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼超標(biāo)

風(fēng)標(biāo)轉(zhuǎn)子需要轉(zhuǎn)動(dòng)相對(duì)靈活（無(wú)卡阻），外部空速風(fēng)力可以克服風(fēng)標(biāo)本身的重量驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，才能有效地測(cè)量迎角傳感器數(shù)值。但是風(fēng)標(biāo)轉(zhuǎn)子還需具有一定阻尼，否則在高速氣流下，會(huì)產(chǎn)生震顫效應(yīng)，導(dǎo)致風(fēng)標(biāo)轉(zhuǎn)子劇烈震動(dòng)。因此要求迎角傳感器的風(fēng)標(biāo)轉(zhuǎn)子的阻尼值在一定范圍內(nèi)，需要進(jìn)行阻尼測(cè)試。

3） 內(nèi)部電路故障

內(nèi)部電路故障包括加溫電路故障或轉(zhuǎn)子電路、解算器電路部分故障。加溫電路用于迎角傳感器防冰，采用115V交流電加熱方式，當(dāng)出現(xiàn)加溫故障沒(méi)有加溫電流會(huì)導(dǎo)致頭頂板迎角加溫?zé)酎c(diǎn)亮。迎角傳感器失去防冰功能，如果在空中結(jié)冰卡阻，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量迎角。圖5為加溫面板在地面的顯示狀態(tài)，當(dāng)加溫開(kāi)關(guān)放在AUTO位置，加溫電路由空地信號(hào)控制（飛機(jī)在空中開(kāi)始加溫）。加溫開(kāi)關(guān)放放在ON位置，迎角傳感器始終處于加溫狀態(tài)。

轉(zhuǎn)子電路、解算器故障會(huì)導(dǎo)致迎角傳感器輸出的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或者無(wú)效，一般的故障原因是線圈斷路、電阻超標(biāo)等。需要分別對(duì)ADIRU或SMYD做自檢測(cè)試，判斷是哪一路迎角傳感器的數(shù)據(jù)不正常。圖6為右側(cè)迎角傳感器故障的測(cè)試頁(yè)面。

4 AOA的測(cè)試

為判斷故障或者更換迎角傳感器后，需要按照AMM34-21-05手冊(cè)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試的主要內(nèi)容如下：

4.1 阻尼測(cè)試

將迎角傳感器葉片撥至高止動(dòng)點(diǎn)，撥至低止動(dòng)點(diǎn)，確認(rèn)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)卡阻。反向?qū)⒂莻鞲衅魅~片由低止動(dòng)點(diǎn)撥至高止動(dòng)點(diǎn)，確認(rèn)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)無(wú)卡阻。將迎角傳感器葉片停留于高止動(dòng)點(diǎn)，緩慢用阻尼計(jì)觸角將葉片數(shù)頂至低止動(dòng)點(diǎn)并讀數(shù)，確認(rèn)阻尼低于110克。將迎角傳感器葉片停留于低止動(dòng)點(diǎn)，緩慢用阻尼計(jì)觸角將葉片頂至高止動(dòng)點(diǎn)并讀數(shù)，確認(rèn)阻尼低于110克。在任一止動(dòng)位，用手輕拍迎角傳感器葉片，確認(rèn)無(wú)其他外力影響下葉片轉(zhuǎn)動(dòng)不超過(guò)200度。如圖7所示。

4.2 AOA角度精度測(cè)試

依據(jù)AMM34-21-05，在迎角傳感器葉片上安裝角度固定工具J34002-19，調(diào)整到固定角度，如圖8所示。

在SMYD和MCDU讀取角度數(shù)值，要求讀數(shù)誤差均在±1°。如圖9所示。

在FCC-A測(cè)試接頭J3 銷(xiāo)釘51（HI）52（LO）連接429數(shù)據(jù)分析儀，標(biāo)號(hào)設(shè)置為221，讀取迎角傳感器角度，要求讀數(shù)誤差在±1°。

4.3 加溫測(cè)試

在駕駛艙將探頭加溫開(kāi)關(guān)放在ON位置，確認(rèn)迎角傳感器加溫?zé)粝纾_認(rèn)迎角傳感器溫度上升，斷開(kāi)迎角傳感器加熱跳開(kāi)關(guān)，確認(rèn)加溫?zé)酎c(diǎn)亮，并且停止加熱。

5 故障案例分析

1）案例一，某架飛機(jī)右PFD出現(xiàn)“SPD” “AIL”的故障旗幟，如圖10所示，更換右迎角傳感器傳感器，測(cè)試正常。

具體排故過(guò)程為：飛機(jī)航前滑出后，右PFD顯示器上間歇出現(xiàn)“SPD”和“ALT”故障旗，滑回后，做ADIRS測(cè)試，歷史故障01航段有：34-21007 ADR DATA INVLD和34-21023 AOA SIGNAL FAIL維護(hù)信息，信息顯示右側(cè)迎角傳感器信號(hào)錯(cuò)誤。更換右側(cè)迎角傳感器，飛機(jī)正常放行。

當(dāng)空速不一致、高度不一致故障同時(shí)出現(xiàn)，因?yàn)橥瑐?cè)的氣壓高度和空速計(jì)算都需要使用同側(cè)的迎角傳感器數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，所以首先需要檢查同側(cè)的迎角傳感器。

2）案例二，某架飛機(jī)反映空中右側(cè)PFD高度速度指示短暫消失后正常。地面做DEU自檢正常，做右ADIRU自檢有故障歷史記錄，01和04段有信息“34-21007”“34-21023”，左ADIRU自檢正常。執(zhí)行SMYD 2自檢有歷史故障信息“27-32012”，如圖11所示。更換右迎角傳感器，與其他飛機(jī)同位對(duì)調(diào)ADIRU R測(cè)試正常。

3）案例三，某架飛機(jī)航前有左失速警告狀態(tài)信息。測(cè)試SMYD-1測(cè)試0航段故障記錄27-31032，SMYD-2測(cè)試0航段故障記錄27-32032，更換左右2個(gè)AOA傳感器、1號(hào)SMYD和2號(hào)SMYD，測(cè)試正常。由于迎角傳感器第一組解算器給SMYD提供迎角信號(hào)，用于判斷飛機(jī)姿態(tài)，如出現(xiàn)故障會(huì)導(dǎo)致SMYD無(wú)法判斷，并且根據(jù)該數(shù)據(jù)是否到達(dá)臨界迎角，同時(shí)也會(huì)影響SMYD對(duì)最大操作空速值的計(jì)算，影響速度帶速度限制的計(jì)算。此類(lèi)故障可以通過(guò)SMYD的自檢發(fā)現(xiàn)。

4）案例四，某架飛機(jī)航前滑出后反映右座PFD速度帶和高度帶無(wú)指示，顯示故障旗，飛機(jī)滑回。更換AOA和2號(hào)ADIRU，測(cè)試正常。本次故障排故中，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)右側(cè)迎角傳感器迎角風(fēng)標(biāo)葉片后故障消失。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)和敲擊右側(cè)迎角傳感器迎角風(fēng)標(biāo)葉片故障重現(xiàn)。故障重現(xiàn)時(shí)，在CDU頁(yè)面檢查，ADIRU輸入信號(hào)右迎角傳感器顯示“FAIL”。更換右側(cè)迎角傳感器后，測(cè)試正常。做預(yù)防性維護(hù)，更換右側(cè)慣導(dǎo)組件，測(cè)試正常。

6 故障的快速處理方法

迎角傳感器本身的工作原理并不復(fù)雜，故障形式易于區(qū)分。但是由于迎角參數(shù)對(duì)飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)的計(jì)算、失速警告邏輯的判斷都起著重要作用，因此出現(xiàn)此類(lèi)故障務(wù)必做到徹底排除，方可放行飛機(jī)。因此本文提出一種快速排故方法，具體步驟如下：

（1）對(duì)于機(jī)組反映的故障，首先詢(xún)問(wèn)機(jī)組故障出現(xiàn)的飛行階段，或在駕駛艙觀察故障是否實(shí)時(shí)存在？

（2）對(duì)于機(jī)長(zhǎng)或副駕駛PFD上的氣壓高度或空速不顯示，“ALT”或“SPD”故障旗出現(xiàn)，觀察同側(cè)的AOA傳感器外觀是否完好？

（3）然后在MCDU上做ADIRU測(cè)試，在E/E艙做SMYD測(cè)試，觀察故障代碼，確認(rèn)AOA參數(shù)是否正常顯示。嘗試轉(zhuǎn)動(dòng)并輕微震動(dòng)敲擊對(duì)應(yīng)的迎角傳感器，觀察MCDU和SMYD上迎角角度指示是否穩(wěn)定變化，如果兩項(xiàng)均正常，可以判斷AOA傳感器工作正常。如果數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，需要更換AOA傳感器。

（4）對(duì)于出現(xiàn)失速警告故障，需要在SMYD上完成自檢，并查看歷史故障代碼，如果有涉及迎角傳感器的代碼，同樣可以使用上述方法隔離迎角傳感器。

（5）由于迎角傳感器的更換及測(cè)試比較消耗工時(shí)，因此在更換前需要有確切的判斷，避免盲目更換迎角傳感器，并對(duì)排故工作產(chǎn)生誤導(dǎo)。詳細(xì)流程見(jiàn)圖12。

7 結(jié)束語(yǔ)

出現(xiàn)迎角傳感器故障的飛機(jī)是不可放行的，必須要徹底排除故障。為了避免出現(xiàn)惡性延誤，需要對(duì)故障做快速準(zhǔn)確的判斷。本文通過(guò)對(duì)AOA迎角傳感器結(jié)構(gòu)和原理的分析，結(jié)合AOA迎角傳感器的檢查測(cè)試方法和案例分析，給出了一種故障快速排除的基本思路和方法，對(duì)保證飛機(jī)安全和航班正點(diǎn)有著重要的意義。