CAE 公司737NG 模擬機前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)故障分析

張 恒

（云南東方飛行培訓(xùn)有限公司，云南昆明 650214）

0 引言

飛行模擬機用來模擬飛行時所有的操縱，前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)是控制載荷系統(tǒng)（Control Loading）的一部分，用來模擬飛機正常及緊急情況下前輪轉(zhuǎn)彎時手輪的操縱情況?？刂戚d荷系統(tǒng)分為動態(tài)控制載荷和靜態(tài)控制載荷：動態(tài)控制載荷本質(zhì)上是由伺服系統(tǒng)控制的伺服驅(qū)動裝置，前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)就屬于動態(tài)控制載荷；靜態(tài)控制載荷是簡單的機電裝置，飛行員訓(xùn)練時所需要的操縱力大小是事先由系統(tǒng)確定好的，該控制載荷系統(tǒng)通過接口與節(jié)點計算機進行通信。靜態(tài)控制載荷又可以分為主動靜態(tài)控制載荷和被動靜態(tài)控制載荷，這里不再詳述。

前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)由轉(zhuǎn)彎手輪、傳動鏈條和鋼索、ELU（Electromechanical Load Unit，電動機械載荷單元）組成。ELU 又是由電機、伺服放大器、EID（Electric Load Identification，電動載荷身份識別器）、1/4 轉(zhuǎn)動圓盤、位置編碼器、力傳感器等組成（圖1）。

圖1 前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)

1 前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)原理

模擬機的前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)有別于真飛機的前輪轉(zhuǎn)彎。飛行員訓(xùn)練時，操縱前輪轉(zhuǎn)彎手輪，手輪帶動與之相連的鏈條轉(zhuǎn)動，鏈條的后端連接著鋼索，鋼索連接在電機的端頭上，節(jié)點計算機計算出當前情況下，所需飛行員施加的力，通過電機來實現(xiàn)力大小的變化。力傳感器和1/4 轉(zhuǎn)動圓盤、位置編碼器也連接在電機的端頭上。節(jié)點計算機通過飛機當前所處的具體情況、飛行員施加在手輪上的力來計算出當前電機應(yīng)當輸出的力，這樣飛行員就有了操縱的感受（圖2）。力傳導(dǎo)和力反饋的具體過程如下：

圖2 操縱桿的力傳導(dǎo)和反饋

（1）Simnode 節(jié)點計算機中存儲著飛機的數(shù)學模型，MCLPC節(jié)點計算機中存儲著力的模型和伺服控制模型，DBU（Digital Buffer Unit，數(shù)字緩沖單元）模塊中包括cPDSP（CompactPCI Digital Signal Processor，數(shù)字信號處理單元）和cPAD（Compact－PCI Analog Digital Input/Output，數(shù)字信號模擬信號互換單元），Load Unit（電動機械載荷單元）如前文所述。

（2）在飛行中，力傳感器將飛行員所施加的力傳遞給MCLPC，Simnode 節(jié)點計算機將飛機飛行參數(shù)也傳遞給MCLPC，MCLPC利用它們計算出操縱電機的命令，再經(jīng)過多次計算，最終利用伺服放大器控制電機轉(zhuǎn)動。

（3）力傳感器將飛行員的力反饋至MCLPC 節(jié)點計算機；位置編碼器將飛行控制位置傳遞給伺服控制模塊；電機位置通過位置編碼器反饋至cPDSP。

（4）驅(qū)動電機的命令都是計算當前飛機所處情況和反饋信號而得到的，這里類似于自動控制中的閉環(huán)控制。飛行員施加在操縱桿、盤、輪上力的大小，是由計算機實時計算得出的，因此飛行模擬機在模擬飛行操縱卡阻時非常方便，只需要控制電機輸出力的大小，讓飛行員難以操縱駕駛桿、盤、輪即可，這也是飛行訓(xùn)練中重要的訓(xùn)練內(nèi)容。

2 前輪轉(zhuǎn)彎故障現(xiàn)象和分析

此次前輪轉(zhuǎn)彎的故障現(xiàn)象是，模擬機所模擬的飛機前輪正向前，但前輪轉(zhuǎn)彎手輪不在中立位置，在此位置上不操縱手輪，飛機能沿直線滑行。飛機滑行時也可以使用前輪轉(zhuǎn)彎手輪操縱飛機轉(zhuǎn)彎，但是當手輪轉(zhuǎn)到LEFT 或RIGHT 的極限位置時，飛機左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的幅度差距比較大。斷開控制載荷系統(tǒng)，也可以自由轉(zhuǎn)動前輪轉(zhuǎn)彎手輪。

故障分析：基于上述故障現(xiàn)象，檢查前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的機械連接，未發(fā)現(xiàn)有卡滯的地方，使用CAE 公司的jDFC 校準軟件，進行前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的摩擦力分析時，摩擦力在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。由此分析，此故障應(yīng)該發(fā)生在位置編碼器上，因為位置編碼器記錄著前輪轉(zhuǎn)彎手輪的中立位置、極限位置等重要信息。位置編碼器的位置信息丟失一般是由于模擬機斷電并且位置編碼器的電池也失效的情況造成的。當編碼器電池正常，即使模擬機斷電，位置編碼器也不會丟失位置信息，即位置編碼器電池是編碼器的供電備份。

3 轉(zhuǎn)彎手輪不在中立位置故障的排出方法

CAE 公司各個系列模擬機的控制載荷系統(tǒng)部件雖然有一些差別，但是模擬載荷的原理一樣。每一臺模擬的模擬不同的操縱（俯仰、橫滾、偏航、腳尖剎車）都需要一套與之對應(yīng)的控制載荷系統(tǒng)，因此一臺模擬機會有許多的位置編碼器和編碼器電池，一旦電池失效，在模擬斷電的情況下就有可能造成位置等重要信息丟失。

排除故障的方法就是使用CAE 公司的控制載荷校準軟件jDFC 軟件校準零位，并且更換編碼器電池。

用機械的辦法將前輪轉(zhuǎn)彎手輪固定在中立位（即Center位）上。在MCLPC 節(jié)點計算機上打開jDFC 軟件，選擇前輪轉(zhuǎn)彎模擬通道，點擊“test”菜單，選擇“Encoder zeroing”子菜單，點擊執(zhí)行（圖3）。執(zhí)行完成之后，將會生成后綴名為.ddm、.dds、.ddh的文件，選擇保存文件。將此文件拷貝到Opserver 節(jié)點計算機相應(yīng)的文件夾下，因為MCLPC 節(jié)點計算機在下次boot 時，需要從Opserver 節(jié)點計算機上加載此校準文件來執(zhí)行對控制載荷系統(tǒng)的操縱。

圖3 jDFC 軟件使用界面

最后，更換此前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的編碼器電池。需要特別注意的是，在更換電池時一定要保證模擬機時在通電的情況下。否則，此系統(tǒng)的中立位置信息還會丟失。

4 維護建議

加拿大CAE 公司模擬機的控制載荷系統(tǒng)是一套既有硬件機械、又有軟件控制的復(fù)雜系統(tǒng)。在進行故障分析排除時，可以先檢查機械系統(tǒng)有無故障，然后再檢查調(diào)試軟件系統(tǒng)。

幾乎所有電池都有使用時間的限制，編碼器電池也不例外。建議檢查所有安裝有編碼器電池的控制載荷系統(tǒng)，定期（一般為5 年）更換編碼器電池，以防在模擬機斷電時，位置編碼器丟失重要信息，造成操縱桿、盤、輪不在中立位置等故障，防止模擬機AOG 情況的發(fā)生，保障模擬機正常運行。

由此類推到模擬機的其他系統(tǒng)，模擬機的運動柜、吊橋系統(tǒng)、P1 電柜（模擬機主要的供電柜）的UPS 都有電池，需要按照更換周期進行更換。