民用飛機高升力系統故障監控分析

曹俊章

摘 要：通過對國外大型民用飛機高升力系統資料的研究，對典型的高升力系統故障監控方案做了簡要分析。對民用飛機高升力系統故障典型故障方案進行了介紹，同時詳細闡述了包括設備故障與系統故障監控的典型邏輯，對于民用飛機高升力系統設計有一定的指導作用。

關鍵詞：高升力系統；故障監控；設備故障；系統故障

中圖分類號：V267 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0032-02

高升力系統是大型民用飛機的關鍵分系統之一，由前緣翼面、后緣翼面及其驅動裝置組成。包括A320、A340、B737等國外大型民用飛機的高升力系統基本都是由機翼上左右對稱的五塊前緣縫翼和兩塊后緣襟翼組成[1]。它們的作用是通過縫翼向下前伸和襟翼后退偏轉，改變機翼彎度和面積，增加飛機起飛時的升力和著陸時的升力和阻力，從而，縮小飛機起飛和滑跑距離。此外，后緣襟翼還可以提高在低速飛行時的升力，前緣縫翼增加機翼彎度和面積改善失速特性。由于高升力系統對飛機安全的重要作用，因而高升力系統的故障監控顯得非常重要，本文主要分析目前國外大型民用飛機高升力系統故障監控方案。

1 民用飛機高升力系統故障形式

高升力系統的故障形式可分為設備故障和系統故障。設備故障主要指高升力系統的主要部件故障，具體包括高升力系統計算機故障，各種傳感器故障，傳動系統故障和作動器故障等。系統故障則通常指由于一個或多個部件故障導致的系統功能失效，主要包括襟翼/縫翼欠速、非對稱、傾斜和非指令故障。

2 民用飛機高升力系統典型故障監控方案分析

本文以采用兩個獨立高升力計算機的雙通道高升力系統為例，進行故障監控方案分析。這種方式是傳統的高升力系統布置方式，結構清晰、簡單，容易實現，技術成熟。通常每個高升力計算機可包括2個核心計算模塊和1個核心控制模塊。2個核心計算模塊分別為指令模塊和監控模塊，單個核心控制模塊能夠控制襟翼和縫翼的功能。每個高升力計算機通常是物理隔離的，保證一個高升力計算機發生故障時不影響另一個高升力計算機的正常工作。

2.1 設備故障監控

（1）傳感器故障監控。高升力系統傳感器故障主要包括控制手柄傳感器、位置和傾斜傳感器。控制手柄傳感器通常采用電位計，通過電位計將手柄角度轉換為電信號，將機組成員指令輸入高升力系統。高升力計算機通過比較指令模塊和監控模塊的手柄位置信號差值來進行故障監控，若信號差值在一定持續時間內大于設定閾值，則判定該信號無效。位置和傾斜傳感器可以采用角度解算器（Resolver）和線位移傳感器（LVDT）。Resolver的故障監控，核心計算模塊通過將其正弦信號和余弦信號的平方和進行判斷來進行，具體過程如下：如果平方和大于規定最大值或信號小于規定最小值則設定值為真，否則監控標識為假；如果設定值為真的時間大于限定時間，監控標識為真，此時監控鎖定。LVDT的故障監控，核心計算模塊通過將2個電壓信號A和電壓信號B求和與輸出電壓來判斷，具體過程如下：信號和=（電壓信號A+電壓信號B）/輸出電壓，如果信號大于規定最大值或信號小于規定最小值，則設定值為真，否則監控標識為假。如果設定值為真時間大于限定時間，監控標識為真，此時監控鎖定。

（2）傳動系統故障監控。襟翼/縫翼傳動線系通常包括帶萬向節扭力管、角齒輪箱和軸承支座等。扭力管用于傳遞動力單元（PDU）的輸出動力給作動器。角齒輪箱用來改變機翼傳動線系在機翼上的角度，以配合機翼的角度。安裝的軸承支座來支撐扭力管。傳動系統發生故障主要包括脫開和卡阻，脫開會導致左右翼面非對稱故障，卡阻會導致襟/縫翼欠速故障，非對稱和欠速的故障監控詳見系統故障監控。

（3）作動器故障監控。襟翼/縫翼作動器的作用是將PDU經扭力管傳遞過來的動力進行機械轉換，驅動翼面運動。作動器的故障，將導致卡阻或翼面傾斜，通過位置傳感器能夠監控卡阻，通過傾斜傳感器能夠監控翼面傾斜故障。

2.2 系統故障監控

（1）襟翼/縫翼非對稱故障，主要指飛機兩側的襟翼/縫翼運動不一致。襟翼/縫翼非對稱故障監控可以通過比較來自左右翼面間的Resolver信號。以襟翼非對稱故障監控為例，監控包括對襟翼運動速度和翼面位置的監控，采用左右襟翼位置信號作為輸入，同時需要相關起落架收放信號，如圖1所示。無論速度監控還是位置監控，一旦故障發生，都將判斷襟翼非對稱，將該通道襟翼PDU電磁閥和左右翼尖剎車電磁閥斷電。由于非對稱監控通過雙通道分別進行，若雙通道均正常工作，則在發生非對稱故障時，雙通道襟翼PDU電磁閥和左右翼尖剎車電磁閥均斷電，襟翼翼面鎖止。

（2）襟翼/縫翼傾斜故障，主要指單側襟翼/縫翼運動不一致情況。襟翼/縫翼的傾斜監控可以通過比較來自不同翼面間的角度解算器和線位移傳感器的位置信號執行[2]。以縫翼傾斜故障監控為例，兩個角度解算器位置信號差值大于設定閾值時，監控觸發，如圖2所示。監控器觸發時，將令該通道縫翼PDU電磁閥和左右翼尖剎車電磁閥斷電。由于傾斜監控通過雙通道分別進行，若雙通道均正常工作，則在發生傾斜故障時，雙通道縫翼PDU電磁閥和左右翼尖剎車電磁閥均斷電，縫翼翼面鎖止[3]。

（3）襟翼/縫翼欠速故障，主要指襟翼/縫翼翼面速度運動過低的情況。以襟翼欠速監控為例，襟翼欠速故障監控可以通過比較馬達的轉速信號和翼面轉速信號來進行。乘上相關系數的馬達轉速與翼面轉速之差大于設定閾值時，監控觸發，如圖3所示。該監控觸發時，將令該通道襟翼PDU電磁閥和左右翼尖剎車電磁閥斷電。

（4）襟翼/縫翼非指令故障，主要指無指令情況下襟翼/縫翼翼面運動，停止指令下襟翼/縫翼翼面繼續運動和襟翼/縫翼反方向運動三種情況[4]。襟翼非指令運動監控則主要包括系統超速和反向運動的監控。通過馬達的指令轉速和監測轉速來進行馬達運轉方向和速度的監控。相關監控觸發時，將令該通道襟翼PDU電磁閥和左右翼尖剎車電磁閥斷電。

3 結語

本文簡單介紹了國外大型民用飛機高升力系統的基本組成和典型的故障形式，分析了國外大型民用飛機對于高升力系統的主要故障監控執行方案和核心邏輯。在具體的故障監控方案上，不同機型采取的措施會有一定的不同，但核心原則是相關的安全性和適航要求。本文對于國內民用飛機高升力系統的故障監控方案設計有一定的借鑒作用。

參考文獻

[1]宋翔貴.電傳飛行控制系統[M].北京： 國防工業出版社，2003.

[2]The Boeing company. Auxiliaryfoil lost motion detector and actuator：United States，US5628477[P].1997-05-13.

[3]馬軍輝，徐向榮.民用飛機高升力系統翼面傾斜探測方案分析[J].機械設計與制造工程，2013（7）：52-54.

[4]Nau C.Torque Limiter： USA， 3596740[P].1971-08-03.endprint