直升機飛控系統自駕功能故障分析

謝國慶 夏國民 霍鵬飛

摘要：“自駕”功能是直升機飛控系統的基本工作方式，可以改善直升機的飛行品質進而減輕飛行員的操縱負荷。“自駕”功能的實現主要依靠飛控操縱臺功能請求和計算機的軟件邏輯來共同完成。首先飛控操縱臺軟件要采集“自駕”功能按鍵狀態，并將狀態請求結果通過429數字總線轉發給飛控計算機，系統應用軟件再經過功能接通/斷開的邏輯判斷，決定“自駕”功能的接通或斷開，最終將狀態信息反饋給操縱臺，操縱臺點亮“自駕”模態指示燈。

關鍵詞：直升機;飛控系統;自駕功能;故障分析

中圖分類號：TP277

文獻標識碼：A

引言

早期的直升機由于執行任務比較簡單，性能要求也比較低，直升機不穩定運動模態的發散周期比較長，駕駛員可以對這種不穩定的發散模態進行不斷的人工修正。隨著直升機性能不斷提高，以及執行的任務越來越復雜，尤其是武裝直升機，不僅要執行反潛、對地攻擊、對空射擊等任務，而且要完成超低空貼地飛行，進行地形跟隨與地形回避機動，抵御陣風擾動等操縱，再加上直升機固有的不穩定性，僅僅依靠人工操縱已十分困難。因此，與定翼機相比，直升機更需要增穩系統、控制增穩系統或自動飛行控制系統。

1飛控操縱臺功能及結構

飛行控制操縱臺采用同構型雙余度結構。每個通道硬件配置完全相同，采用通道內自監控為主、通道交叉監控為輔的雙通道熱備份工作方式。具有故障隔離、故障申報、通道自動切換等功能。產品通過ARINC429總線與飛控計算機進行交聯。綜合處理板A和綜合處理板B分別完成飛控系統功能按鍵、旋轉編碼開關等操作指令采集后，向飛控計算機發送飛控系統操作請求，得到飛控計算機反饋信息后，經綜合處理板進行數據比較監控、表決后向顯示控制單元輸出點燈信號，同時將接收到的飛控計算機故障信息、舵面位移、給定數據反饋等信息通過RS422總線發送至顯示控制單元液晶顯示屏。

1.1故障現象

2017年，有機組反映某架直升機在平飛狀態下，2分鐘內三次出現飛控操縱臺上無線電高度保持功能指示燈自動點亮現象，每次按壓按鍵后指示燈均會熄滅。返航后地面滑行時，斷開飛控系統各功能后又出現無高保持功能指示燈自動點亮現象。將該飛控操縱臺返回廠家按國軍標要求做常溫和高、低溫條件下工作能力測試后故障未復現。繼續進行振動條件下工作能力測試，故障復現，確認為飛控操縱臺故障。

1.2故障分析

根據故障現象建立故障樹如圖1所示。從圖中可知，對應指示燈的點亮電路、控制電路以及信號傳遞共有三個故障類型：導光板上的無高保持功能指示燈電路故障、IO板上的無高保持功能指示燈控制電路故障、IO板插頭與母板插座接觸不良。針對上述三種故障類型按以下步驟進行排查。

1.將故障操縱臺的導光板拆下，安裝在另一臺正常飛控操縱臺上進行測試，飛控操縱臺工作正常;將正常飛控操縱臺的導光板安裝在故障操縱臺上，故障仍存在。因此排除導光板故障。

2.將IO板與另一臺正常飛控操縱臺進行替換，故障隨IO板轉移，確認IO板故障為導致飛控操縱臺自動點燈的直接故障。在飛控操縱臺故障情況下，對IO板上對應無高保持功能電平轉換的芯片和光耦合器電路信號進行測試，電平轉換芯片輸入信號異常，光耦合器電路信號正常，排除光耦合器開關電路故障;拆下電平轉換芯片，對該芯片重新焊接牢固，對產品進行環篩振動試驗，故障再沒有復現。排除電平轉換芯片本身的質量問題，排除電平轉換芯片故障、光耦合器故障和光耦合器焊接不可靠。

3.對已修復的IO板重復插拔，故障沒有復現。排除IO板插頭和母板插座接觸不良。綜上，確認故障原因為電平轉換芯片的針腳焊接不可靠。

2直升機飛控系統自駕功能優化措施

2.1飛控操縱臺檢查

1.將飛控操縱臺開蓋進行線纜外觀檢查，把集束的導線分開，對導線進行了仔細檢查，未發現破皮、短路和斷路等現象。再對母板、I/O板、TX板的線路進行導通檢查，導通檢查正常。

2.對CPLD、DSP、U1、U2及429芯片相關信號與焊盤的接觸情況進行檢查，未發現虛焊現象。

3.對CPLD、DSP、U1、U2及429關鍵芯片進行了外觀檢查，未發現異常，再通過示波器等測量設備對芯片進行通電測試，測試結果正常。同時在飛控操縱臺上電后，飛控操縱臺“自駕”功能按鍵能正常接通或者斷開，在結合以上分析，故可以排除飛控操縱臺硬件故障。最后對飛控操縱臺“自駕”功能軟件設計邏輯進行梳理。當按壓“自駕”功能按鍵時，在試驗室都能正常接通和斷開功能，設置不滿足自駕邏輯時，也能阻止功能接通，判斷不是“功能通斷模塊邏輯”故障。可以大致定位為采集到的按鍵信息和真實的操作不一致。經過地面對按鍵頻繁按壓解讀按鍵信息，沒有發現按鍵信息的解碼和編碼故障問題。為了使故障復現，設計人員通過模擬機上環境，加入振動源進行持續試驗，同時抓取故障發生時的數據，成功抓住了一次按鍵信息翻轉的過程。經分析，軟件對“自駕”功能等非自鎖按壓式功能按鍵信息的采集模塊處理策略為連續接收該按鍵編碼信息2拍后，上層軟件即認為有該按鍵的操作動作，即將該按鍵狀態進行一次翻轉。振動環境造成了按鍵信息被干擾，偶然出現超過連續2拍的數據。飛控操縱臺會發送“自駕”功能接通或斷開請求，造成功能的自動接通或斷開。通過加寬對按鍵信息濾波的時值，解決了該問題。經過試驗室確認，確定造成“自駕”功能自動接通或斷開故障的原因為飛控操縱臺軟件按鍵采集模塊中“自駕”按鍵信息濾波策略問題。

2.2俯仰、傾斜和航向通道的穩定工作狀態

俯仰、傾斜和航向通道處于同步工作狀態后，當再次按壓操縱臺上的上述三通道的按鈕時，則相應通道處于穩定工作狀態。通道的穩定工作狀態時，同步器不工作，將直升機的姿態或航向保持在同步器記憶的基準上。當直升機受到干擾時，姿態角或航向角發生變化，航向姿態系統敏感這一變化，并通過同步器轉子輸出一誤差電壓，該電壓經限幅后加到伺服放大器，伺服放大器的直流輸出電壓加到舵機的伺服閥，從而驅動舵機的動力活塞運動，經操縱連桿、助力器和主槳或尾槳的變距機構最后改變直升機的姿態或航向，以消除姿態角或航向角偏差，使直升機回到同步記憶的基準上。與上述過程同時，速度陀螺組也將其感受到的姿態變化率或航向變化率信號經速率放大器而加到伺服放大器的輸入端，以改善直升機的動態品質。

2.3俯仰和傾斜通道的自動配平

自動配平的目的是，在不危及直升機飛行安全的前提下增大自動駕駛儀的工作范圍。其具體作用是用與姿態信號成比例的脈沖信號來改變駕駛桿的停留點。當俯仰、傾斜通道處于穩定工作狀態時，伺服放大器的交流輸出加到配平控制器上，該控制器按所加電壓的極性送到抬頭配平閥或低頭配平閥的脈沖信號的寬度與俯仰信號成比例。配平閥緩慢地改變駕駛桿的停留點，當駕駛員需要操縱直升機時，可以輕松地克服駕駛桿的這種緩慢移動。在伺服放大器的交流輸出電壓低于配平控制器的工作門限時，配平閥不工作。

結束語

本文通過對飛行控制系統“自駕”功能故障采用建立故障樹進行分析排查，遍歷了引起故障的所有可能性，定位了故障原因。尤其涉及軟件邏輯實現分析時，嚴格依據軟件設計邏輯流程，進行功能邏輯故障樹分析，通過故障復現和相同環境驗證的手段充分證明更改的有效性，對軟件進行機上更改提供了過程保證。為軟硬件交聯故障的排故積累了寶貴的經驗，能夠指導類似故障的排除。

參考文獻

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[3]鮑銀掌.直升機自動駕駛系統淺析[J].信息化建設，2015（10）：201.作者簡介：謝國慶，1983年8月，男，籍貫：甘肅民勤，漢族，本科，工程師，研究方向：直升機飛行控制方向、模擬電路設計