力臂調(diào)節(jié)裝置反調(diào)的成因及啟示

孫波

摘要：力臂調(diào)節(jié)裝置是飛機(jī)縱向操縱系統(tǒng)的重要組成部件，普遍應(yīng)用于二代飛機(jī)。力臂調(diào)節(jié)裝置通過(guò)傳感器感受飛機(jī)高度、速度的變化適時(shí)調(diào)整力臂輸出，利用“杠桿”作用來(lái)調(diào)節(jié)飛機(jī)縱向操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)比，從而使飛行員在不同高度、不同速度下對(duì)飛機(jī)操縱有較一致的操縱感覺(jué)。若力臂調(diào)節(jié)裝置在空中發(fā)生故障，將影響飛機(jī)縱向操縱系統(tǒng)的舒適性和安全性，嚴(yán)重故障可能會(huì)造成飛行等級(jí)事故，因此保持力臂調(diào)節(jié)裝置的高可靠性對(duì)飛機(jī)操縱系統(tǒng)具有重要意義。本論述從力臂調(diào)節(jié)裝置反調(diào)故障人手，分析該故障形成的原因，制定改進(jìn)措施并進(jìn)行驗(yàn)證，從根源上杜絕該問(wèn)題的再次發(fā)生，有助于提高產(chǎn)品的可靠性。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)操縱系統(tǒng);力臂調(diào)節(jié)裝置;反調(diào)

中圖分類號(hào)：V267 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1系統(tǒng)組成及原理

力臂調(diào)節(jié)裝置用于二代飛機(jī)縱向操縱系統(tǒng)，根據(jù)飛行表速和高度變化，按特定的非線性調(diào)節(jié)規(guī)律自動(dòng)的調(diào)整該表駕駛桿到水平尾翼和彈簧載荷機(jī)構(gòu)之間的傳動(dòng)比，操縱飛機(jī)平尾，從而保證飛機(jī)在不同的飛行速度和不同的飛行高度時(shí)，具有比較一致的操縱性能。該系統(tǒng)由電動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制盒和位置指示器組成。系統(tǒng)作動(dòng)電路原理如圖1所示。

產(chǎn)品作動(dòng)電路原理由一級(jí)差分放大電路、二級(jí)差分放大電路、兩組施密特觸發(fā)器電路以及兩組驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)組成。在一級(jí)差分放大電路中，動(dòng)靜壓組合傳感器將來(lái)自空速管的氣動(dòng)參數(shù)（即動(dòng)壓與靜壓）以單一電信號(hào)輸出，當(dāng)傳感器中的動(dòng)靜壓發(fā)生變化時(shí)，其電位計(jì)的電阻值即發(fā)生變化，使橋路的平衡發(fā)生變化，差分放大電路輸出一個(gè)失調(diào)電壓;該失調(diào)電壓經(jīng)過(guò)二級(jí)差分放大電路的放大，當(dāng)二級(jí)差分放大電路的輸出電壓達(dá)到施密特觸發(fā)電路的觸發(fā)電壓時(shí)，使其中一個(gè)觸發(fā)電路翻轉(zhuǎn)，輸出一個(gè)階躍信號(hào)，這一階躍信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路的功率放大，驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，自動(dòng)改變電動(dòng)機(jī)構(gòu)力臂值，并帶動(dòng)回輸電位計(jì)，使失調(diào)電壓減小，當(dāng)失調(diào)電壓減小到施密特觸發(fā)器釋放電壓時(shí)，觸發(fā)器關(guān)閉，電機(jī)斷電，即完成一次力臂調(diào)節(jié)。

2故障現(xiàn)象

力臂調(diào)節(jié)裝置在某次試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生了電動(dòng)機(jī)構(gòu)既伸出又收回（即反調(diào)）的故障現(xiàn)象。經(jīng)重復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，該故障一直存在，因此判定該故障為“硬故障”，隨即開(kāi)展故障分析、驗(yàn)證。

3故障排查

通過(guò)對(duì)故障現(xiàn)象分析和故障樹(shù)排查，該故障是由電動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制盒引起，具體見(jiàn)以下排查情況。

3.1電動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)排查

對(duì)該力臂調(diào)節(jié)裝置電動(dòng)機(jī)構(gòu)I通道、Ⅱ通道的電機(jī)慣性滑移進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表1所列。

通過(guò)表1可知，該電機(jī)在使用一段時(shí)間后，電機(jī)慣性滑移存在超差現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)電機(jī)慣性滑移事件進(jìn)行排查，得出電機(jī)慣性滑移超差是由于石棉摩擦材料的工作磨損，離合器間隙變大，摩擦因數(shù)下降，導(dǎo)致其慣性滑移增大。通過(guò)計(jì)算分析，當(dāng)電機(jī)慣性滑移超過(guò)62 r時(shí)，才能達(dá)到電機(jī)調(diào)節(jié)需要的步長(zhǎng)，力臂調(diào)節(jié)裝置才會(huì)產(chǎn)生反調(diào)現(xiàn)象，但該電機(jī)的慣性滑移僅為19 r左右，因此，電機(jī)慣性滑移超差這一單一因素不足以導(dǎo)致力臂調(diào)節(jié)裝置反調(diào)，但可以確定的是慣性滑移是造成該故障的原因之一。

3.2控制盒穩(wěn)壓二極管排查

故障發(fā)生后，初步判斷為該力臂調(diào)節(jié)裝置控制盒內(nèi)部穩(wěn)壓二極管失穩(wěn)，經(jīng)送三方進(jìn)行失效分析。常溫下，穩(wěn)壓二極管測(cè)試的電參數(shù)見(jiàn)表2所列。

該第三方機(jī)構(gòu)給出的分析結(jié)論如下：“二極管工作電壓小幅超差，但未出現(xiàn)電壓波動(dòng)的原始失效現(xiàn)象。請(qǐng)用戶排查線路中電壓波動(dòng)是否與穩(wěn)壓二極管工作電壓偏大有關(guān)。目前無(wú)法排除使用中外引線焊接不良導(dǎo)致電壓不穩(wěn)的可能性”。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證、分析，產(chǎn)品在試驗(yàn)過(guò)程中電壓保持在28+0.5 v范圍內(nèi)，不存在電壓偏大的情況;將該二極管所屬電路板在高倍顯微鏡下檢查，未發(fā)現(xiàn)引線虛焊等焊接不良現(xiàn)象。

因此，通過(guò)表2參數(shù)分析，穩(wěn)壓二極管工作電壓（vz）略大，但不影響產(chǎn)品正常工作，與產(chǎn)品故障無(wú)關(guān)，因此排除該故障點(diǎn)。

3.3控制盒調(diào)試電阻排查

通過(guò)對(duì)差分放大電路進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)一級(jí)、二級(jí)差分放大電路中的調(diào)試電阻R1、R2（調(diào)試電阻值范圍為1 kΩ-1.4 kΩ）任意一個(gè)的阻值較小時(shí)，產(chǎn)品容易出現(xiàn)反調(diào)，兩個(gè)調(diào)試電阻阻值同時(shí)變小時(shí)反調(diào)更嚴(yán)重。經(jīng)查，控制盒的調(diào)試電阻R1、R2的阻值均為1.1 K，在此阻值下v1、v2二極管集電極電壓在產(chǎn)品動(dòng)作后均不平衡，且v1集電極電壓差更大，表現(xiàn)為在向小臂動(dòng)作時(shí)故障更容易出現(xiàn)。因此該因素為故障的主要因素。

4機(jī)理分析

通過(guò)以上排查分析，導(dǎo)致該故障的主因是差分放大電路中的兩個(gè)調(diào)試電阻偏小，導(dǎo)致在此阻值下v1、v2二極管集電極電壓在產(chǎn)品動(dòng)作后均不平衡，次因是電機(jī)慣性滑移偏大，增大了v1、v2二極管集電極電壓差值，進(jìn)一步加大了產(chǎn)品調(diào)節(jié)后的不平衡。

具體機(jī)理如下：當(dāng)電動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)使一級(jí)差分放大電路中的橋電路達(dá)到平衡時(shí)，電機(jī)斷電，電動(dòng)機(jī)構(gòu)停止工作。由于電動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī)滑移偏大，帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)構(gòu)中的回輸電位計(jì)阻值繼續(xù)變大。若控制盒中調(diào)試電阻R1、R2偏小時(shí)，恒流源的電流增大，在二級(jí)差分電路放大倍數(shù)一定時(shí)，會(huì)導(dǎo)致平衡電位va、b升高，此時(shí)v1、v2二極管更容易導(dǎo)通，進(jìn)而使施密特觸發(fā)電路更容易翻轉(zhuǎn)，輸出的階躍信號(hào)控制其對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路工作，驅(qū)動(dòng)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，使電動(dòng)機(jī)構(gòu)反向作動(dòng)。當(dāng)回輸電位計(jì)阻值再次變化到一級(jí)差分放大電路中的橋路再次達(dá)到平衡，電動(dòng)機(jī)構(gòu)停止工作，表現(xiàn)為產(chǎn)品在向前動(dòng)作時(shí)反向作動(dòng)，即出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象。

5故障定位

（1）電機(jī)在使用一段時(shí)間后，離合器間隙變大，導(dǎo)致其慣性滑移超差;

（2）控制盒中的調(diào)試電阻R1、R2的調(diào)試阻值偏小，使得系統(tǒng)靈敏度高、穩(wěn)定性差;

（3）在上述兩條因素的共同作用下，當(dāng)電機(jī)慣性滑移較大時(shí)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象。

6故障復(fù)現(xiàn)

通過(guò)機(jī)理分析，我們?nèi)藶樵龃箅妱?dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)的慣性滑移量（約20 r），并將控制盒內(nèi)調(diào)試電阻R1、R2更換為1 K電阻，在DC28 v下重新進(jìn)行試驗(yàn)，使該故障很容易得到復(fù)現(xiàn);同時(shí)我們?cè)谠摦a(chǎn)品上重新調(diào)整電機(jī)慣性滑移量（約10 r），并調(diào)整控制盒內(nèi)調(diào)試電阻R1、R2，使產(chǎn)品在DC24.3 V-DC29.7 V電壓范圍內(nèi)，控制盒V1、V2集電極電壓控制在5 V-8 V，且兩者差值小于1 V，故障消失。7改進(jìn)措施

7.1電機(jī)

在電機(jī)裝配時(shí)進(jìn)行控制，保證離合器間隙在0.15 mm-0.2 mm，慣性滑移由不大于16 r內(nèi)控為不大于12 r。

7.2控制盒

細(xì)化調(diào)試工藝，產(chǎn)品在DC24.3 v-DC29.7VT-作電壓范圍內(nèi)，控制盒V1、V2集電極電壓控制在5 V-8 V，且兩者差值小于1 V。

8結(jié)束語(yǔ)

力臂調(diào)節(jié)裝置屬二代飛機(jī)縱向操縱系統(tǒng)的重要組成部件，在飛機(jī)縱向操縱系統(tǒng)中具有特殊重要性，如果力臂調(diào)節(jié)裝置在空中發(fā)生故障，將影響飛機(jī)的縱向操縱性和安全性，嚴(yán)重故障可能會(huì)導(dǎo)致飛行等級(jí)事故。因此要保證力臂調(diào)節(jié)裝置的高可靠性，就需要在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)上下功夫。該故障提示我們?cè)陔姍C(jī)慣性滑移控制、產(chǎn)品電氣參數(shù)調(diào)整、系統(tǒng)參數(shù)魯棒性等方面要摸索規(guī)律，形成相應(yīng)生產(chǎn)規(guī)范，做到精益求精。