A320飛機電傳操縱系統故障及原因探討

引言：歐洲空中客車工業公司在A320系列飛機上采用了民用運輸機中最為先進的飛行操縱系統，即電傳操縱系統。電傳操縱系統中最容易出現故障的是各類傳感器，如過載傳感器、轉滾角速度傳感器和橫向通道傳感器等，傳感器出現故障會導致飛機產生各類飛行問題，加大飛行風險。本文分析了A320飛機電傳操縱系統的結構和電傳操縱系統的可靠性，探討了電傳操縱系統常見故障及原因。

A320系列飛機是歐洲空中客車工業公司研制的雙發中短程客機，共有A318、A319、A320和A321幾個型號。歐洲空中客車工業公司在A320系列飛機上采用了民用運輸機中最為先進的飛行操縱系統，即電傳操縱系統。電傳操縱系統創立了新的標準，在技術上是一個較大的飛躍，甚至已經成為其他飛機操縱系統中的典范。電傳操縱系統實現了預置控制，使飛機的安全性能和可靠性得到了很大程度的提高。在飛行過程中，通過應用計算機進行計算與監控，可實現優良的機動，預防各類飛行事故。然而，電傳操縱系統并非完全可靠，飛行員在飛行過程中用電傳操縱系統完成改變飛機飛行軌跡和飛行姿態的動作任務。因此，電傳系統如果出現故障，往往會導致嚴重的飛行事故。電傳操縱系統中最容易出現故障的是各類傳感器，如過載傳感器、轉滾角速度傳感器和橫向通道傳感器等，傳感器出現故障會導致飛機產生各類飛行問題，加大飛行風險。本文重點討論A320系列飛機飛行操縱系統經常出現的一些故障問題。

一、A320系列飛機電傳操縱系統的結構

電傳操縱系統是指在飛行過程中用來控制液壓傳動舵面的飛行主操作系統，在操縱時，飛行員的操縱輸入轉換為電信號，電信號傳到助力器的液壓伺服活門，控制液壓動作筒傳動舵面。而傳感器的作用主要是用來檢測飛機運動參數，然后將各種信號輸入飛行控制計算機。飛行控制計算機對運動傳感器和指令傳感器進行數據處理、濾波、增益調解、動態補償和信號放大，這些處理過程都是按照預先設計的控制率來進行的。信號經過處理后，向液壓助力器發出操縱指令，從而傳動舵面偏轉， 而助力器的傳動位移和飛機狀態信號的相關信息又會反饋給計算機，以保證操縱指令、操縱信號與飛機的飛行狀態相一致。飛行控制計算機中安裝了內置檢查系統，內置檢查系統用來檢測并識別故障部件，并將故障部件自動隔離，減小飛機的飛行風險。

二、A320系列飛機電傳操縱系統的可靠性分析

電傳操縱系統沒有機械通道，而且結構簡單、體積小、重量輕、不存在機械傳動裝置的摩擦、間隙、滯后等非線性不良影響，能在很大程度上提高飛行品質。但是，目前電子器件的可靠性水平無法滿足相關的要求，經過大量的試驗分析，可知單通道電傳操縱系統的故障率為1.0×10-3/飛行小時，而相關規定要求操縱系統的故障概率不應大于62.5×10-7/飛行小時。為了解決這一問題，增加電傳操縱系統的可靠性，在設計中通常遵循以下原則：（1）選擇和控制元器件，元器件是電傳操縱系統最基本的組成單位。為了提高電傳操縱系統的可靠性，應盡量采用標準的元器件，標準元器件要比其他相應的非標準元器件可靠性更強，這是從大量的實踐中得出的有效結論；（2）簡化設計，系統越復雜，相應的函數就會更加復雜，而系統的可靠性是與復雜程度成反比的，設計越簡單，出現故障的可能性就會越小。在設計過程中，應審查去掉不必要的系統項目和電器原件，只要能夠達到執行預期的功能，應盡量減少可能發生故障的源頭，只有這樣才會提高系統的可靠性；（3）降額設計元器件，也就是說元器件在工作的過程中在原則上應不超過其額定應力。一般來說，都是通過應用強度較高的元器件來實現這一目的；（4）余度設計，當其他技術無法解決提高可靠性的問題時，余度設計是最常采用的方法。A320系列飛機廣泛應用了余度技術，余度技術是需要兩個或兩個以上的獨立故障，而不是一個單獨故障才會導致飛機飛行出現既定的非愿望的工作狀態的一種設計方法。當n個分系統并聯運行時，飛行就會產生有余度的情況。余度技術可以提高系統的穩定性和安全可靠性，可用于不太穩定的元器件，通過增加余度組成，減小系統發生故障的可能性。當前，國際上一些飛機采用了四余度電傳系統，然而余度增多勢必會增加元器件的數量，飛機的重量提高，復雜性加大，故障源數目也會增加。所以為了簡化系統，有些型號的飛機采用采用三余度加自監控組成電傳操縱系統，也有一些飛機采用雙余度電傳系統加機械操縱系統，一旦雙余度電傳系統發生故障，飛行員可及時切除電傳系統，由機械系統控制飛機，保證飛行安全。

三、電傳操縱系統常見故障及原因分析

電傳操縱系統是由大量的電子線路和數字裝置組成，如果電磁屏蔽能力不足，就會很容易受到電磁干擾，并且會降低雷擊防護能力，這是電傳操縱系統最大的缺陷。電傳操縱系統最容易出現故障的是各類傳感器，而電傳操縱系統是依附各種電子元器件來實現穩定操縱的。因此必須要保證電子元件的可靠性，尤其是表決元件。當表決元件能夠正常工作時，電傳操縱系統的故障能夠及時發現，飛機的飛行風險就會降低，但是，一旦表決元件出現故障，電傳操縱系統的故障很難被飛行員發現，往往會導致飛行事故。比如說，電傳操縱系統可能會出現縱向通道中的穩定回路發生故障的情況和縱向通道中的阻尼回路發生故障的情況，這些故障都是表決元件發生了問題，很難發現，必須采用有效的診斷方法，才能夠進行故障原因分析，防止發生飛行事故。目前診斷電傳操縱系統故障的方法主要有基于神經網絡和專家系統的故障診斷方法，還可以應用電傳操縱系統故障后人-機系統飛行安全可靠性的數學模型-馬爾可夫鏈模型進行分析。A320系列飛機電傳操縱系統的可靠性是非常強的，但并不是說不可能出現故障，一旦出現故障，飛行員要有過硬的素質果斷處理，綜合采用多種方法消除故障，保證飛行安全。

四、結束語

A320系列飛機飛行操縱系統采用的是電傳操縱系統，其穩定性相對較高，不僅減小了飛行員在操縱過程中的負擔，而且在很大程度上減小了飛行風險。電傳操縱系統由于采用了余度設計，其可靠性大大提高，然而電傳操縱系統發生故障的可能性還是存在的，為了減小電傳操縱系統發生故障后的飛行風險，就需要提高電傳操縱系統各個環節的可靠性，尤其是重點部件的可靠性，另外還要注意改變個別限制部件的限制值。電傳操縱系統中的關鍵部件如內置故障監視器，其故障率應小于其他部件故障率至少10以上，而過載傳感器的限制值一般為[ -5， + 15]，而在實際飛行過程中，飛機縱向過載一般不會超過+ 15 g，因此可以將限制值設置為+ 12 g，這樣就能達到既不影響飛機的操縱性又可以減小飛行風險的目的。

（作者單位：內蒙古自治區民航機場集團有限責任公司機務分公司）