直升機(jī)光電吊艙常見故障分析

黃信

（昌河飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，江西 景德鎮(zhèn) 333002）

光電吊艙具有目標(biāo)晝夜觀察、搜索、瞄準(zhǔn)、視頻圖像跟蹤、指示定位、輔助導(dǎo)航等功能，可安裝于各類飛機(jī)、無人機(jī)和直升機(jī)，由于機(jī)載光電吊艙技術(shù)日益成熟，應(yīng)用范圍也逐步從軍事領(lǐng)域拓展到應(yīng)急救援、安全執(zhí)法、森林防火、環(huán)境監(jiān)測、電力巡查作業(yè)等各類民用領(lǐng)域。

1 光電吊艙組成及工作原理

直升機(jī)光電吊艙包括穩(wěn)定平臺(tái)、可見光攝像機(jī)、紅外熱像儀、伺服系統(tǒng)、圖像處理單元、運(yùn)動(dòng)控制管理單元、電源和操縱手柄等。工作原理如圖1所示。

目標(biāo)/背景的輻射通過大氣傳輸，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像于傳感器，傳感器將目標(biāo)/背景圖像轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間序列的數(shù)字圖像。穩(wěn)定平臺(tái)采用兩軸四框架結(jié)構(gòu)，由內(nèi)外環(huán)方位軸系、內(nèi)外環(huán)俯仰軸系四個(gè)框架組成，可見光攝像機(jī)、紅外熱像儀等圖像傳感器安裝在內(nèi)方位軸系上，在伺服系統(tǒng)的控制下，可有效隔離載機(jī)運(yùn)動(dòng)及振動(dòng)對(duì)圖像傳感器成像效果的影響，為圖像傳感器提供穩(wěn)定的工作平臺(tái)，保持瞄準(zhǔn)線穩(wěn)定，輸出穩(wěn)定視頻圖像。操縱手柄安裝在駕駛艙操縱臺(tái)前端，它是光電吊艙與駕駛員之間的人機(jī)接口，操縱手柄設(shè)置有拇指單桿及控制開關(guān)，主要用于對(duì)光電吊艙方位和俯仰運(yùn)動(dòng)、傳感器控制、跟蹤鎖定等實(shí)時(shí)操縱，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的搜索、瞄準(zhǔn)和跟蹤。

圖1 光電吊艙工作原理

2 光電吊艙常見故障

2.1 操縱手柄操控失效

操控手柄工作原理是將采集到的拇指單桿電壓值轉(zhuǎn)換為控制穩(wěn)定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的數(shù)字量，其他按鍵開關(guān)實(shí)現(xiàn)視場切換、調(diào)焦、黑熱/白熱、鎖定、收藏、手動(dòng)/跟蹤、掃描、目標(biāo)檢出等命令發(fā)送，操控手柄通過422接口與運(yùn)動(dòng)控制管理單元的通訊，實(shí)現(xiàn)對(duì)光電吊艙的操控。光電吊艙操縱手柄操控失效有以下幾種原因。

2.1.1 操縱手柄失效

當(dāng)拇指單桿及控制開關(guān)部分損壞時(shí)，按下按鍵穩(wěn)定平臺(tái)無反應(yīng)，此時(shí)需修理對(duì)應(yīng)的拇指單桿或控制開關(guān)；當(dāng)操控手柄通訊模塊故障時(shí)，按動(dòng)所有拇指單桿及控制開關(guān)均無反應(yīng)，操控手柄與運(yùn)動(dòng)控制管理單元的通訊無法通訊，此時(shí)需更換操縱手柄。

2.1.2 接口電路故障

接口電路包括操控手柄電氣接口及422通訊接口，當(dāng)電氣接口斷路時(shí)，操控手柄不工作，按動(dòng)拇指單桿及控制開關(guān)均無反應(yīng)；當(dāng)422通訊接口斷路時(shí)，系統(tǒng)上電自檢，手柄自檢失敗報(bào)串口通訊故障，比如自檢通過后通訊接口接觸不良或斷路，將導(dǎo)致系統(tǒng)工作不正常。

2.1.3 電源故障

操控手柄電路為多電壓系統(tǒng)，光電吊艙只能為操控手柄電路提供+28 V電源，通過多路輸出電源模塊，將系統(tǒng)電源轉(zhuǎn)換為操控手柄電路所需的電壓。當(dāng)電源板散熱性能差、長時(shí)間通電導(dǎo)致大電流和高脈沖電壓沖擊時(shí)，電源模塊可能會(huì)出現(xiàn)失效故障，操縱手柄無法正常工作。

2.2 穩(wěn)定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)異常

光電吊艙伺服系統(tǒng)是一個(gè)兩軸伺服系統(tǒng)，由直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)外環(huán)方位軸系和內(nèi)外環(huán)俯仰軸系運(yùn)動(dòng)，每個(gè)框架上安裝一組電機(jī)與角度傳感器，兩個(gè)速率陀螺安裝在內(nèi)方位軸系框架上。伺服控制電路主要包括伺服控制器、角度采樣模塊、陀螺信號(hào)調(diào)理模塊、通信接口模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊等。伺服系統(tǒng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制管理單元發(fā)出的工作模式、目標(biāo)位置等信息，控制穩(wěn)定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)搜索、跟蹤功能。光電吊艙穩(wěn)定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)異常有以下幾種原因。

2.2.1 伺服控制電路故障

伺服控制電路用于實(shí)現(xiàn)伺服系統(tǒng)的控制信號(hào)輸出、電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)、傳感器采樣（包括角度位置檢測、陀螺速率采樣、電機(jī)電流采樣）、串行通信等多種功能。伺服控制器獲取各類傳感器采樣信息，并產(chǎn)生控制信號(hào)，伺服控制器與伺服電機(jī)、內(nèi)外環(huán)框架、速率陀螺形成控制回路，當(dāng)控制信號(hào)無輸出時(shí)，無法啟動(dòng)伺服系統(tǒng)，造成伺服電機(jī)不工作，不能驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)；在啟動(dòng)伺服系統(tǒng)后，如控制回路斷開，穩(wěn)定平臺(tái)可能出現(xiàn)方位、俯仰方位失控現(xiàn)象。

2.2.2 伺服電機(jī)故障

當(dāng)伺服電機(jī)故障時(shí)，無法驅(qū)動(dòng)穩(wěn)定平臺(tái)對(duì)應(yīng)的內(nèi)外環(huán)方位軸系和內(nèi)外環(huán)俯仰軸系框架，按動(dòng)拇指單桿時(shí)穩(wěn)定平臺(tái)無反應(yīng)。

2.2.3 伺服電源故障

伺服電源包括電源板上的隔離電源電路及控制板、驅(qū)動(dòng)板上的穩(wěn)壓電路。在電源板及控制板中的電源模塊出現(xiàn)失效故障時(shí)，控制板不工作，控制信號(hào)無輸出，無法啟動(dòng)伺服系統(tǒng)；在驅(qū)動(dòng)板上電源模塊出現(xiàn)失效故障時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路無輸出，伺服電機(jī)不工作，電源模塊燒毀可能導(dǎo)致內(nèi)外環(huán)框架或伺服電機(jī)損壞。

2.3 圖像傳感器無視頻信號(hào)

圖像傳感器的功能是將目標(biāo)/背景圖像轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間序列的數(shù)字圖像，并經(jīng)圖像處理單元轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的視頻格式，輸出到顯示器以及其他設(shè)備。圖像傳感器無視頻信號(hào)有以下幾種原因。

2.3.1 電纜連接不可靠

當(dāng)電源線路接觸不良或斷路時(shí)，圖像傳感器不工作，無視頻信號(hào)輸出；當(dāng)視頻線路接觸不良或斷路時(shí)，顯示器或其他設(shè)備接收不到視頻信號(hào)。

2.3.2 圖像傳感器損壞

當(dāng)圖像傳感器損壞時(shí)，圖像傳感器不工作，無視頻信號(hào)輸出。

2.3.3 圖像處理單元故障

當(dāng)圖像處理單元電源模塊失效時(shí)，圖像處理單元不工作，無視頻信號(hào)輸出；當(dāng)圖像處理單元電路板視頻分離器失效時(shí)，圖像處理單元不能處理圖像傳感器視頻，無視頻信號(hào)輸出。

3 結(jié)束語

本文介紹了直升機(jī)光電吊艙的基本組成和工作原理，詳細(xì)分析了光電吊艙常見故障，可以為今后類似故障分析和操作過程提供思路，對(duì)外場維護(hù)及故障判斷具有一定參考價(jià)值，由于各方面限制，在故障分析法方面需要做進(jìn)一步研究。