MA600飛機自動駕駛儀及典型故障淺析

劉磊

摘 要：人們對自動飛行控制系統的研究已經有100多年的歷史，自動控制裝置早在100多年前就已經問世（例如1873年法國雷納德發明的無人多翼滑翔機的方向穩定器）。由于早期的飛機沒有能夠完全解決操縱和平衡的問題，于是就有人開始研究帶陀螺儀的自動駕駛儀。隨著航空業的發展，為了減輕駕駛員的疲勞，在客機上安裝自動駕駛儀的需求大大增加，這就促使自動駕駛儀等設備進一步的發展。由氣動式，液壓式發展到全自動，由三個陀螺分別控制三個通道發展到改用一個或兩個陀螺操縱飛機。目前，電傳控制已在現代飛機設計中得到廣泛的應用，自動駕駛儀及相關系統都已經成為了大多數飛機普遍使用的重要系統。本文從MA600飛機自動駕駛系統說明、組成以及原理入手，講述此系統的使用原理以及基本的工作與控制方法，并說明了該系統的操作與故障排除。

關鍵詞：自動駕駛 舵機 飛控計算機

中圖分類號：V26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）09（b）-0019-02

現代飛機的自動駕駛系統已經得到了普遍的應用，自動駕駛系統主要用于飛機了實現自動飛行和飛行指引功能，以減輕駕駛員的疲勞。為了實現上述功能，自動駕駛系統都會按照三個系統分別去控制飛機的升降舵、副翼和方向舵三個舵面來實現。每個系統又稱為通道，自動駕駛系統的三個控制通道分別是傾斜、俯仰及航向三個控制通道。俯仰控制通道用來控制飛機的俯仰角運動；航向控制通道用來控制飛機的航向角運動；傾斜控制通道用來控制飛機的傾斜角運動。這個三個控制通道既是獨立，又相互響應、相互聯系，完成正常的飛機操縱，在飛機的航向控制方面，近代飛機大多都采用傾斜通道來控制航向，用偏航阻尼器來穩定航向，可以省去一個航向通道。一般情況下，三個控制通道的工作原理是一致的。

國產的MA600飛機自動駕駛儀系統是一個全數字式雙通道系統，提供飛機俯仰、橫滾、偏航三軸自動駕駛和俯仰配平功能，并具有故障消極保護功能。

1 系統概述

國產MA600飛機的自動駕駛系統是由自動駕駛儀處理來自飛機航向與姿態系統、大氣數據系統、飛行管理系統以及方式選擇板的輸出信號或者左、右駕駛員的指令信號，提供給駕駛員完整的自動駕駛和飛行指引功能，可以滿足Ⅰ類自動進場的要求。主要能夠實現飛機的俯仰控制、橫滾控制、偏航控制、自動配平、飛行指引、姿態保持、自動斷開、自動斷開提示等功能。

2 系統組成及工作原理

MA600飛機自動駕駛系統主要由自動駕駛儀板、方式選擇板、飛行控制計算機、飛行控制舵機、舵機鋼索組成。

（1）APP-85自動駕駛儀板。

自動駕駛儀板包括自動駕駛儀轉換和湍流方式選擇按鈕、自動駕駛儀和偏航阻尼器接通/斷開桿和俯仰操縱輪/轉彎旋鈕指令組件。

（2）方式選擇板。

方式選擇板用來選擇飛行指引工作方式。方式按鈕采用的是按壓-通/按壓-斷邏輯方式。按壓一次方式按鈕就可以選擇該工作方式，并可以自動清除其他任何不相容的工作方式。如果系統滿足該方式的工作所需的所有條件，則方式按鈕中信號器指示燈就會燃亮。方式按鈕是連鎖的，在同一時刻只有相兼容的工作方式可以同時起作用。如果沒有選擇垂直方式時，自動駕駛儀就會進入垂直速度保持或者俯仰保持的基本工作方式。如果沒有選擇橫向方式時，自動駕駛儀就會進入橫滾保持的基本工作方式。

（3）飛行控制計算機。

飛行控制計算機主要用于偏航阻尼器/自動駕駛儀的計算及左、右駕駛員飛行指引的計算，并且提供直接的副翼、升降舵以及方向舵控制和升降舵調整片的控制。雙舵機放大器和雙通道的數字提供全部三軸和升降舵配平以及故障消極保護功能的控制。獨立的計算通道用于保證左駕駛員的飛行指引功能和右駕駛員的功能相隔離。通過在每個通道內使用兩個不同的處理器和語言增強了不同的余度監控技術。

（4）飛行控制舵機。

飛機控制舵機和舵機的支座組成的機構主要用于提供飛機主舵面（副翼、升降舵以及方向舵）和升降舵調整片定位，這是一個精確的驅動機構。飛行控制舵機是由一個測速電機、直流電動機、齒輪鏈以及嚙合離合器組成。舵機支座由一個將舵機連接到飛機舵面的鼓輪（鏈輪）以及一個超控安全滑動離合器組成。測速電機的激勵電源是由飛控計算機提供，將雙通道的舵機速率信號反饋到飛控計算機中進行監控，用于確保故障消極保護的功能操作。嚙合離合器電源由自動駕駛儀板提供，并由接通桿電路來接通或斷開。

（5）舵機鋼索。

舵機鋼索用來連接飛行控制舵機和操縱系統，將舵機的操縱動作傳動到舵面上。

3 MA600飛機自動駕駛儀典型故障分析

2014年，國內某架MA600飛機機組反映，飛機空中自動駕駛儀接通，當飛機的空速超過180海里時，飛機出現了橫向擺動，脫開自動駕駛儀，進行人工操縱飛機，擺動情況就消除。

地面通電檢查自動駕駛系統工作正常，該故障無法再現。進入自動駕駛儀診斷方式，報告方式顯示：REPAIR CODE左右通道均有“000021”的故障代碼。查詢手冊含義為CPU和IO CPU，說明為檢測到飛行控制計算機內部錯誤。懷疑飛行控制計算機故障。更換飛行控制計算機，地面通電自駕系統工作正常，診斷方式故障代碼也消除。飛行后，機組反映故障仍然存在。通電檢查，診斷方式故障代碼“000021”再次出現。恢復原來的飛行控制計算機，通電故障代碼消失，懷疑是由于方向舵機卡阻，更換方向舵機。同時測量方向舵機鋼索張力在手冊規定范圍內。再次飛行后向機組了解情況，故障現象依然存在（通電無故障代碼）。將更換下的方向舵舵機安裝于副翼舵機位置，并測量副翼舵機鋼索張力在手冊規定范圍內。測試飛行，故障現象不變（通電無故障代碼）。恢復原來副翼舵機，再次測量飛行控制計算機到方向舵機、副翼舵機之間的線路，線路導通及絕緣均良好。機械方面也對方向舵和副翼操縱系統進行檢查，無異常。飛行過程中，機組反映擺動現象依然存在。

后期飛機廠家派技術人員，對整個自駕系統各部件檢查，檢查發現方向舵調整片拉桿的鏈接軸承安裝間隙過大，重新進行安裝，并調整各舵機鋼索張力，后期驗證飛行后該故障消失。

4 故障分析

（1）飛機方向舵調整片拉桿的鏈接軸承安裝不正確，間隙過大，在飛機大速度下方向舵調整片擺動，造成方向舵擺動，自動駕駛系統不斷調整造成飛機擺動。

（2）舵機鋼索張力不正確，也會造成舵面擺動造成飛機擺動。

（3）國產MA600飛機自動駕駛儀所用的舵機力矩較小，適用于小型號的飛機，然而MA600飛機舵面太大，舵機帶動舵面困難，也可能是飛機高速飛行時飛機擺動的原因之一。

5 結語

本文概括地介紹了自動駕駛系統的發展，簡單介紹了國產MA600飛機自動駕駛系統組成和基本功用，討論了自動駕駛系統各組成部件的工作原理；并針對國內某架MA600飛機一起自動駕駛儀系統的典型故障進行介紹和分析。通過對MA600自動駕駛儀系統組成和原理的闡述，以及一起典型故障的分析，可以提高維修人員對該系統的認知以及排除相關故障的能力，對降低維護成本、保證飛行安全有著重要意義。

參考文獻

[1] MA600飛機維護手冊（R23）中航工業西飛工業有限責任公司[Z].

[2] MA600飛機線路手冊（R11）中航工業西飛工業有限責任公司[Z].

[3] MA600飛機故障分析手冊（R07）中航工業西飛工業有限責任公司[Z].endprint