直升機折疊定位控制信號的改進方法

黃福貴

(海軍駐武漢地區軍事代表局, 湖北 武漢 430064)

0 引言

折疊系統是艦載直升機必備的系統，其作用是減少直升機的外形輪廓尺寸，從而縮小艦面停放空間和機庫存放空間。由于艦載直升機的外場飛行環境惡劣，折疊定位裝置很容易出現角度偏差和成品故障，導致折疊系統無法工作或出現槳葉相碰現象，給部隊使用維護造成較大影響。本文針對折疊定位的工作原理和故障的現象、原因提出了一種更加可靠的定位控制信號改進方法。

1 折疊定位信號改進

1.1 折疊定位控制原理

在折疊系統中分多次使用到斜梁折疊定位控制信號，該信號是由安裝在尾梁和斜梁之間的凸輪機械機構上的三個微動開關提供的。三個凸輪機械機構均隨斜梁同步運動，當壓住某個微動開關時則輸出某個位置的折疊定位控制信號。

1.2 折疊定位故障分析

折疊系統微動開關故障的發生率非常高，據統計占折疊系統故障率的90%以上，而出現問題的微動開關絕大多數是作為折疊定位控制系統角度定位用的。

鑒于角度微動開關的特殊安裝位置和運行特點，故障形式主要表現為下列兩個方面：

1)微動開關切換功能失效，這是傳統微動開關的失效模式之一。槳葉折疊和展開的過程對開關的沖擊力較大，容易使開關處于超行程過載狀態，不僅影響其可靠性，而且在長期工作后致其損壞。

2)微動開關切換功能正常，但是在工作位置觸點不轉換。由于開關與凸輪的安裝位置不合適，凸輪裝置壓迫微動開關時，開關受到較大的側向載荷，久而久之就容易導致開關頭部向著側向力的方向產生一定程度的變形，使用一段時間后造成開關卡滯，如圖1所示。而當直升機折疊結束后，微動開關長時間處于壓迫狀態，這種長時間的壓迫會導致開關和機上安裝固定點處產生位移，使得開關整體向下移動，也就間接地延長了開關的有效動作行程，從而導致工作位置觸點不轉換。

圖1 折疊定位微動開關簡易圖

1.3 折疊定位系統改進

某型號折疊系統的折疊定位傳感器采用了機械接觸式直線運動的傳統微動開關。為徹底解決折疊定位故障，需要采用一種非接觸式的接近信號器，它能夠在被監測物體與之接近到一定距離時，不需要接觸就能發出動作信號，達到控制電路接通或斷開的目的[1]。

非接觸式的接近信號器有電感式、霍爾式、電容式和光電式、紅外式等[2]，其中，電感式接近信號器具有工作穩定、定位精度高、壽命長、結構簡單等特點，非常適合槳葉折疊定位系統采用。

電感式接近信號器能夠在一定范圍內檢測導磁性物體與它的檢測端面間的距離，并轉換為相應的輸出信號，供控制電路使用[3]，原理框圖如圖2所示。接近信號器基于磁感應原理工作，能夠輸出頻率為500Hz的調寬脈沖信號。該信號的脈沖寬度隨被檢測目標與信號器檢測端面間的距離而變化：當距離為0時脈寬最大，隨著距離的增大，脈沖寬度減小，對導磁性物體檢測的作用距離約為0.5～4mm，在0.5～2mm范圍內有較好的檢測靈敏度。

圖2 電感式接近信號器原理框圖

電感式接近信號器等效電路如圖3所示。圖中R1、L1為信號器線圈的電阻和電感，短路環可以認為是一匝短路線圈，其電阻和電感分別為R2、L2，線圈與導磁性物體之間存在一個互感M，M將隨線圈與導磁性物體之間間距的減小而增大。

根據基爾霍夫第二定律[4]，有：

(1)

解上述方程組，可得I1、I2，繼續計算，可得出接近信號器線圈受導磁性物體影響后的等效阻抗Z。

由上式可知，線圈-導磁性物體系統的等效阻抗Z是該系統互感系數M的平方的函數，而互感系數M又是距離被檢測目標距離x的非線性函數。因此，當構成電感式接近信號器時，在一定的距離范圍內，等效阻抗Z與x之間可近似用一線性函數來表示。

由于折疊定位控制系統只需要檢測兩種狀態，輸出高、低電平信號，因此接近狀態電平信號可以高、低電平反映信號器檢測得到的距離與設定的接近狀態轉換距離比較的結果，與TTL電平和CMOS電平相容。當被檢測目標與信號器的檢測端面間的距離大于設定的接近狀態轉換距離時，輸出為高電平；當距離小于該設定距離時，輸出為低電平。輸出電平會隨負載阻抗大小略有變化，通常高電平為≥4.6V，低電平為≤0.7V。在接近信號器的輸出信號傳輸距離比較小和電磁環境比較良好的條件下，直接使用該接近狀態電平信號比較簡便。

接近狀態轉換距離的值在可以內部電路中設定。用戶可以根據需要選取轉換距離的范圍為0.5mm～2mm。接近狀態開關信號引腳與信號器的內部控制電路在電氣上是相互隔離的。這為接近信號器在電磁環境比較惡劣的條件下使用提供了改善抗干擾性能的方便。

接近信號器在不同的安裝方式和運動軌跡所展現出的效果也不相同。安裝方式如圖4所示。

圖4 軸向位移檢測

接近信號器在用于檢測機械系統中機件的位移或限位之前，應把它和導磁靶在機械系統的適當位置正確安裝。安裝時應盡可能把接近信號器固定在機械系統的適當位置，用信號器來檢測移動的機件或安裝在其上的導磁靶。當機件的移動距離比較小時，也可以反過來把信號器安裝在移動機件上，檢測固定的目標件或安裝在固定件上的導磁靶。當用信號器做移動件檢測固定件時，應特別注意信號器上連接器引線的固定，防止被運動部件強行拉拽和損傷。

被檢測目標必須是由高導磁性材質如鋼鐵材料或其它高導磁性材料制成的機件[5]。如果沒有適當的機件本身可作檢測目標，也可在機件上另行安裝一個由鋼質材料制作的“靶”來充作檢測目標。檢測目標上的接近檢測面應盡可能地是與信號器檢測端面相互平行的平面，該平面應能充分覆蓋信號器的檢測端面，通常應≥φ20。必要時也可將曲率半徑大于50的球面或圓柱面來充作檢測面。要注意的是,當用球面或圓柱面作檢測面時，信號器發生接近狀態轉換的實際距離要比信號器產品給定的指標小些。

信號器的接近狀態信號能反映被檢測目標的“接近”程度，用于電路中對被檢測目標的監視或控制。被檢測目標的檢測面在到達接近狀態轉換距離時，其接近狀態輸出信號對距離十分敏感。若被檢測目標存在輕微的抖動或受到振動的影響，檢測面間的距離的微小變化都可能使得接近狀態信號發生反復的高、低電平的跳動，造成電路工作不穩定。為避免這種現象的發生，可在接近狀態信號的檢測電路并聯適當的電容器，適當延緩信號器狀態信號轉換所產生的作用，保證電路平穩工作。

2 結束語

直升機槳葉折疊系統的發展需要更加穩定、更加準確的折疊定位信號，而使用傳統的微動開關則略顯不足，不能適應現有的槳葉折疊系統，而槳葉折疊的穩定性直接影響到直升機的出勤率。本文介紹的方法能夠完善槳葉折疊系統，并且可以直接在原有的直升機平臺上進行換裝，對原有線路更改很小。該技術已經在國內某型號上得到了驗證，槳葉折疊系統的可靠性進一步提升，提高了直升機的作戰效能。