無線電羅盤在（800～989）kHz自檢不正常故障研究

摘要：針對某型航空器修理調(diào)試過程中發(fā)生的一例無線電羅盤在（800～989）kHz頻段內(nèi)自檢不正常的非典型故障，在闡述機載無線電羅盤組成、自檢工作原理的基礎(chǔ)上，分析了無線電羅盤在（800～989）kHz頻段內(nèi)自檢不正常故障產(chǎn)生的原因，識別并確定了故障部位，并結(jié)合實際經(jīng)驗給出了維修建議。對保證無線電羅盤正常使用和飛行安全具有一定借鑒意義。

Abstract： Aiming at an atypical self-test fault of a radio compass in the frequency band of （800-989）kHz during the maintenance and debugging of a certain type of aircraft， on the basis of expounding the composition and self-test working principle of the airborne radio compass， the causes of abnormal self-test failure of radio compass in the frequency band of （800-989）kHz were analyzed， the failure position was identified and determined， and some suggestions about maintenance of radio compass and aircraft were put forward based on practical experience. This paper has certain reference significance for ensuring the normal use of radio compass and flight safety.

關(guān)鍵詞：無線電羅盤;自檢;故障分析;維修;飛行導(dǎo)航

Key words： radio compass;self-test;fault analysis;maintenance;flight navigation

中圖分類號：P212+.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2022）05-0160-03

0 ?引言

航空無線電導(dǎo)航主要用于確定航空器的實時位置、速度和航向，引導(dǎo)航空器按預(yù)定航向安全飛行和著陸。無線電羅盤即是一種利用無線電技術(shù)進行定位的近程導(dǎo)航設(shè)備，可以根據(jù)地面導(dǎo)航臺發(fā)射的無線電波的來向，在0°～360°范圍內(nèi)不間斷的自動測定無線電導(dǎo)航臺的航向角并提供可見信號，使得飛行員能夠借助于航向指示器指示的電臺相對方位角按預(yù)定目標飛行，配合無線電高度表、信標接收機等其他盲降系統(tǒng)儀表進行盲目著陸，并且通過耳機監(jiān)聽廣播電臺用無線電羅盤波段發(fā)送的呼叫信號。作為航空器關(guān)鍵導(dǎo)航設(shè)備之一，無線電羅盤對保障飛行導(dǎo)航尤其是起飛和降落階段的安全扮演至關(guān)重要的作用，應(yīng)根據(jù)無線電羅盤的工作原理、系統(tǒng)組成和使用維護特點，借助產(chǎn)品自檢、配合專用測試設(shè)備檢測、機上地面聯(lián)合檢查等手段，在航空器大修各工序中切合實際做好修理和維護工作，確保無線電羅盤及其他無線電導(dǎo)航設(shè)備工作良好，保證航空器飛行導(dǎo)航安全。

1 ?故障現(xiàn)象

某型航空器機載無線電羅盤要求在工作頻段內(nèi)自檢時，無線電羅盤航向指示器的指針應(yīng)指示45°±5°。一架大修航空器調(diào)試工序中，該型無線電羅盤在900kHz自檢時，機上航向指示器的指針不指示45°±5°;經(jīng)進一步更換頻率，在（800～989）kHz頻段內(nèi)自檢時無線電羅盤航向指針均不指示45°±5°，而在其他頻率自檢良好。

2 ?故障分析與診斷

2.1 無線電羅盤自檢原理分析

某型航空器無線電羅盤主要由羅盤接收機、環(huán)形天線、環(huán)形天線匹配裝置（也稱環(huán)狀匹配裝置）、全向天線（也稱垂直天線、非定向天線）、天線匹配器（也稱垂直天線放大器）、預(yù)先調(diào)諧盒、控制盒、航向指示器等組成，如圖1所示。該無線電羅盤在（150～1750）kHz頻率范圍內(nèi)間隔0.5kHz的3200個頻率點上工作，有“羅盤”、“天線”、“檢測”三種工作狀態(tài)?！傲_盤”狀態(tài)是無線電羅盤的主要工作狀態(tài)，能夠自動測定地面導(dǎo)航臺的相對方位角和收聽導(dǎo)航臺的呼叫信號，即羅盤、耳機通道都工作?！疤炀€”狀態(tài)時，羅盤接收機作為普通接收機工作，此時羅盤通道不工作，只監(jiān)聽耳機信號?！皺z測”狀態(tài)用于在任一調(diào)諧工作頻率時，檢查無線電羅盤的工作性能，即按下羅盤控制盒前面板上的KOHTP（檢查）按鈕后，在航向指示器上指示航向角為45°（允許誤差±5°）;當頻率為1777.5kHz（專用校驗頻率）時，航向指示器上指針則逆時針方向平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。

某型航空器無線電羅盤控制盒開關(guān)置于“羅盤”位置時，全機工作在全自動測向工作狀態(tài)。此時，接收天線（磁性環(huán)形定向天線或電性非定向垂直天線）感應(yīng)地面導(dǎo)航臺（定向電臺）電磁場中互成90°移動的E面和H面兩個正交分量，環(huán)形天線將接收到的高頻信號送至環(huán)形天線匹配裝置的測角系統(tǒng)，由測角系統(tǒng)輸出的高頻偏差信號，經(jīng)過放大器放大、移相90°、平衡、90Hz信號調(diào)相、緩沖處理后，與垂直天線、垂直天線匹配器輸出的載波信號進行疊加，得到一個被90Hz調(diào)制的高頻調(diào)相偏差信號，該信號含有方位誤差信息，反映了地面導(dǎo)航臺發(fā)射的無線電波的來向。無線電羅盤接收機接收該高頻偏差信號后，按超外差接收原理，對信號進行相應(yīng)的高頻放大、變頻、中頻放大和同步檢波后，得到包含90Hz定向信息的低頻信號。此低頻信號分為兩部分：一部分為音頻信號，送至耳機供飛行員監(jiān)聽臺站識別音;另一部分為方位誤差信號，用于驅(qū)動伺服電機帶動測角器的搜索線圈向著方位誤差減小的方向旋轉(zhuǎn)，直到環(huán)形天線系統(tǒng)無信號輸出為止，電機便停止轉(zhuǎn)動，使搜索線圈自動跟蹤導(dǎo)航臺方位;電機帶動搜索線圈轉(zhuǎn)動的同時，也帶動正余弦變壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，于是無線電羅盤航向指示器指針也跟隨轉(zhuǎn)動同樣的角度，從而指示出航空器相對于導(dǎo)航臺的航向。

無線電羅盤在“檢測”工作狀態(tài)時，具體檢測信號的工作流程如圖2所示。當按下無線電羅盤控制盒上KOHTP自檢測按鈕時，無線電羅盤接收機內(nèi)的開關(guān)電路КЛЮЧ-3沿17號線經(jīng)KOHTP按鈕接地而導(dǎo)通，將+15V電壓加到變頻器СМ3、СМ4和開關(guān)電路КЛЮЧ-4，使這些電路開始工作，形成檢測信號。同時，由頻率合成器輸入來的本振信號經(jīng)混頻、濾波后，確定羅盤的工作頻率。在具體頻率值上形成的自檢信號傳輸至加法電路，并在此分成兩路：一路經(jīng)移相90°后加到垂直天線通道，輸至信號迭加電路;另一路加到環(huán)形天線45°校驗線圈，經(jīng)測角器、環(huán)形天線匹配裝置及高頻組件調(diào)制后也輸至迭加電路，兩路自檢信號在此迭加產(chǎn)生調(diào)相信號，經(jīng)羅盤接收機處理后傳送至航向指示器，使指針指示在校驗角45°±5°位置上。在環(huán)形天線45°校驗線圈的電路內(nèi)裝有兩個電阻器，其中4-R1用來限制信號的電流和相位，4-R2用于校驗線圈和電纜的匹配。為了便于檢查控制盒各選擇機構(gòu)中編碼的正確性，裝定了1777.5kHz專用校驗頻率，一旦出現(xiàn)一個與調(diào)諧頻率相符的正確編碼，專用顯示電路就產(chǎn)生一個指令，使執(zhí)行電機和航向指示器指針不停地向逆時針旋轉(zhuǎn)。

2.2 故障診斷

根據(jù)無線電羅盤配套交聯(lián)關(guān)系和“自檢”狀態(tài)的工作原理，無線電羅盤各組成機件及電纜、電連接器連接的功能失效，均有可能造成（800～989）kHz頻段自檢不正常的故障的發(fā)生。如果該頻段內(nèi)存在超出無線電羅盤固有噪音電平的外界或航空器自身電磁干擾信號，也會影響自檢狀態(tài)的正常工作。

無線電羅盤在（150～1750）kHz頻段范圍內(nèi)分為7個波段[第Ⅰ波段為（150～189.5）kHz，第Ⅱ波段為（190～269.5）kHz，第Ⅲ波段為（270～389.5）kHz，第Ⅳ波段為（390～559.5）kHz，第Ⅴ波段為（560～799.5）kHz，第Ⅵ波段為（800～1159.5）kHz，第Ⅶ波段為（1160～1750）kHz]，該故障現(xiàn)象僅發(fā)生在Ⅵ波段的（800～989）kHz頻段，不排除該故障與羅盤工作頻率和預(yù)先調(diào)諧盒、控制盒所選波道的相關(guān)性。因無線電羅盤工作頻率通過控制盒選擇工作波段、向預(yù)先調(diào)諧盒傳輸調(diào)諧控制信號，由預(yù)先調(diào)諧盒產(chǎn)生、存儲調(diào)諧頻率對應(yīng)的14位二-十進制代碼，正常工作情況下，當控制盒上的波道旋鈕置于8個波道中的某一通道時，8根控制線中有一根接地，使得預(yù)先調(diào)諧盒工作于“讀出”狀態(tài)，輸出控制盒波道對應(yīng)地址的羅盤頻率。若控制盒8根控制線連接有誤或預(yù)先調(diào)諧盒內(nèi)編譯碼器、存儲器等電路故障，都將造成（800～989）kHz自檢不正常。

無線電羅盤任何工作狀態(tài)的頻率信息，均通過羅盤接收機內(nèi)的頻率合成電路產(chǎn)生，該電路根據(jù)控制盒、預(yù)先調(diào)諧盒內(nèi)部的二-十進制編碼信號輸出第一本振和第二本振頻率，進而產(chǎn)生調(diào)諧頻率;羅盤自檢時，羅盤接收機內(nèi)的自檢信號通道電路是在高頻組件內(nèi)裝訂檢測頻率，通過KOHTP控制按鈕將高頻組件的三極管12BG2的基極接地，使其截止從而集電極輸出高電平，切斷垂直天線電路和迭加電路的聯(lián)系，而接通自檢信號傳輸通道。如果羅盤接收機內(nèi)的頻率合成電路或自檢信號通道電路部分元器件失效，均可能使檢測頻率不正常自檢。

此外，環(huán)形天線內(nèi)裝有45°校驗線圈，與校驗線圈相連的環(huán)形天線匹配裝置的電阻器4-R1和4-R2阻值若調(diào)整不合適，也會造成對自檢信號的電流和相位限制不當，或檢驗線圈和電纜不匹配，進而影響自檢性能。

3 ?故障定位與排除驗證

考慮到無線電羅盤在航空器上的安裝位置，按照排故部位先易后難、故障機件發(fā)生幾率由大至小的故障識別、診斷和定位順序，依次確認無線電羅盤控制盒、內(nèi)外部電磁環(huán)境、航向指示器、接收機、環(huán)形天線、環(huán)狀匹配裝置、預(yù)先調(diào)諧盒、垂直天線及匹配器的良好性，測量無線電羅盤接收機至環(huán)形天線、預(yù)先調(diào)諧盒的低頻電纜以及環(huán)形天線至匹配裝置高頻電纜連接的導(dǎo)通和絕緣性能，最終定位無線電羅盤在（800～989）kHz自檢不指45°±5°的故障點。具體的最小故障單元定位過程及故障診斷結(jié)果如下：

①為確定該故障與羅盤工作頻率和預(yù)先調(diào)諧盒、控制盒所選波道的相關(guān)性，通過預(yù)先調(diào)諧盒在其他波道置900kHz，自檢時指針不指45°±5°，確認該故障現(xiàn)象與1～8波道位置信息無關(guān)。

②更換頻率，在（800～989）kHz自檢時航向指針均不指45°±5°，而在其他頻率時自檢良好，識別出該故障現(xiàn)象與頻率有關(guān)。

③通過電磁強度分析儀監(jiān)測無線電羅盤環(huán)形天線、垂直天線、接收機所在部位的（800～989）kHz頻段內(nèi)電磁信號，實測信號強度值不大于羅盤工作時的固有噪音電平的1.7倍;使用示波器和高頻電壓表在羅盤檢測口2KX1內(nèi)2-4孔處測量羅盤接收機中頻輸出端的噪音電平，不大于羅盤工作時的固有噪音電平。航空器及無線電羅盤的外界和內(nèi)部電磁信號強度滿足其正常工作要求，排除（800～989）kHz頻段電磁干擾的可能。

④將控制盒的波道旋鈕置于非（800～989）kHz所在的其他波道，羅盤自檢正常，各頻率自檢時耳機內(nèi)均可聽到自檢音響信號;將控制盒的波道旋鈕置于“頻率調(diào)諧”位置，通過預(yù)先調(diào)諧盒置入頻率1777.5kHz，航向指示器上指針向逆時針方向平穩(wěn)轉(zhuǎn)動?；诖?，可以確認羅盤控制盒、控制盒至羅盤主機自檢信號線、控制盒至預(yù)先調(diào)諧盒控制信號線無故障。

⑤無線電羅盤在各頻率自檢，通過示波器分別監(jiān)測無線電羅盤檢測口2KХ1內(nèi)3-2和3-3孔處的正弦波和余弦波信號，發(fā)現(xiàn)（800～989）kHz頻段的輸出波形與其他頻率的正弦、余弦信號波形不一致，由此可判斷故障部位在無線電羅盤前端，排除由航向指示器引起的可能性。

⑥航空器斷電情況下，更換性能良好的無線電羅盤接收機;航空器上電后對無線電羅盤在（800～989）kHz自檢，航道羅盤不指示45°±5°，該故障現(xiàn)象應(yīng)與無線電羅盤接收機無關(guān)。

⑦航空器斷電情況下，更換性能良好的環(huán)形天線及環(huán)狀匹配裝置;航空器上電后對無線電羅盤在（800～989）kHz自檢，航道羅盤不指示45°±5°，該故障現(xiàn)象應(yīng)與環(huán)形天線及環(huán)狀匹配裝置無關(guān)。

⑧航空器斷電情況下，更換性能良好的預(yù)先調(diào)諧盒;航空器上電后對無線電羅盤在（800～989）kHz自檢，自檢良好，分析該故障現(xiàn)象應(yīng)與預(yù)先調(diào)諧盒有關(guān)。

⑨航空器斷電情況下，重新安裝原機預(yù)先調(diào)諧盒;航空器上電后對無線電羅盤在（800～989）kHz自檢，自檢良好，排除預(yù)先調(diào)諧盒自身對該故障現(xiàn)象的影響，判斷該故障現(xiàn)象應(yīng)與預(yù)先調(diào)諧盒相連的電纜或電連接器有關(guān)。

⑩無線電羅盤在（800～989）kHz自檢，輕輕晃動與預(yù)先調(diào)諧盒相連的電纜及電連接器8XX1，自檢不正常的故障現(xiàn)象時隱時現(xiàn)，說明該故障現(xiàn)象應(yīng)與電連接器8XX1及電纜有關(guān)聯(lián)。

{11}航空器斷電情況下，測量預(yù)調(diào)控制盒電纜連接器8XX1至羅盤主機電纜連接器2XХ1的導(dǎo)通與絕緣性能，線路良好;分解電連接器8XX1，未發(fā)現(xiàn)脫焊和虛焊現(xiàn)象。進一步按電連接器修理技術(shù)要求檢查8XX1插孔的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)無縮孔現(xiàn)象;檢測電連接器插拔力，多次測量值在技術(shù)指標允許值的下限;使用放大鏡更進一步檢查電連接器8XX1各插孔形態(tài)，發(fā)現(xiàn)一插孔變粗，存在較為顯著的邊緣磨損現(xiàn)象。將該插孔換新處理后，航空器上電，無線電羅盤在各頻率自檢良好，故障排除。

通過以上的最小故障單元定位過程，將故障點定位至預(yù)先調(diào)諧盒電纜連接器8XX1的一處插孔。該處插孔隨著航空器服役年限的加長及與對接部位多次插拔而加劇接觸磨損和疲勞，機械可靠性變差，接觸失效概率增大，導(dǎo)致預(yù)先調(diào)諧盒與羅盤接收機在（800～989）kHz的自檢信號無法有效傳輸，造成自檢故障。

4 ?啟示與建議

作為某型航空器飛行導(dǎo)航綜合系統(tǒng)的重要組成部分，無線電羅盤自身包含的部件較多，外部又要與導(dǎo)航計算機、話音匹配裝置、無線電導(dǎo)航臺架進行通信，工作過程較為復(fù)雜。在查找無線電羅盤故障部位的過程中，要詳細地觀察羅盤在三種工作模式下的故障現(xiàn)象，識別其發(fā)生在一種、兩種工作模式，還是三種工作模式都不正常工作，進而縮小故障診斷范圍。根據(jù)產(chǎn)品工作原理和故障統(tǒng)計信息，無線電羅盤故障多發(fā)于羅盤接收機中，容易導(dǎo)致在故障定位時通過經(jīng)驗主義的慣性思維著眼于羅盤接收機的內(nèi)、外部相關(guān)電路，進而忽視其它產(chǎn)品特別是電連接器可能出現(xiàn)的失效和故障，影響排故效率。本次故障案例即可通過“天線”、“羅盤”兩種工作模式正常工作的現(xiàn)象，從無線電羅盤工作原理和交聯(lián)關(guān)系上排除大部分電路有故障的可能性，從而將故障部位縮小至預(yù)先調(diào)諧盒相關(guān)線路中，再逐步定位至電連接器的插孔。

基于此，對有關(guān)產(chǎn)品、系統(tǒng)在機上聯(lián)調(diào)聯(lián)試和使用維護過程中遇到性能故障時，要認真分析各組件的工作原理以及系統(tǒng)間的交聯(lián)情況，在此基礎(chǔ)上通過串換組件或測量相關(guān)信號及線路良好性等方法逐一排除故障。同時，在故障排查過程中應(yīng)留意觀察故障現(xiàn)象在采取相關(guān)措施后的變化情況，視情制定下一步故障診斷措施，直至確定最小故障單元，同時也應(yīng)注意以下安全事項：

①拆卸、安裝各組件、電纜連接器應(yīng)在航空器未上電時進行，以確保人員、航空器、機載設(shè)備和部附件的安全。

②安裝各組件、連接電連接器時應(yīng)對正并緊固，防止因組件、電纜未連接到位而影響故障識別與診斷。

③必要時，故障診斷過程中可晃動電連接器及電纜，但動作要輕柔、緩慢，防止因過分彎折、拉伸而產(chǎn)生次生故障。

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