飛行模擬機EMM運動系統典型故障分析與處理

王泰龍

（東航技術應用研發中心 上海市 201700）

飛行模擬機是在地面上模擬飛機在空中飛行和運動的一個綜合性訓練設備。通過對飛行模擬機EMM 運動系統的主要組成結構進行介紹和分析，并且根據訓練過程中發生的故障現象，進行診斷和處理。

1 模擬機系統概述

模擬機全稱全動飛行模擬機（FFS，Full Flight Simulator），也被稱為全功能模擬機。全動模擬機完全按照真實駕駛艙構建，使用電力和液壓系統驅動，能夠模擬幾乎全部特殊情況并提供近乎真實的運動體感，是當今航空公司飛行員訓練不可或缺的設備。飛行員在這類模擬機上的訓練，可以折算為真實飛行經歷。

模擬機是以軟硬件相關技術于虛擬環境中模擬人員在操作裝備時，所面臨的視覺、聽覺、觸覺、動覺及裝備操作反應等真實現象。全動模擬機共有4 個級別，從低到高為A-D，D 為最高級模擬機。

模擬機的組成主要由駕駛艙、運動系統、控制載荷系統、視景系統、計算機系統、接口系統、教員臺、音響系統等構成。其中運動系統為模擬機提供了六自由度（Surge，Sway，Heave，Roll，Pitch and Yaw），保證了飛行訓練的真實性，是模擬機系統的重中之重。

2 EMM運動系統概述

目前東航技術應用研發中心裝備的模擬機為D 級模擬機，由CAE 公司制造，其電動運動系統（EMM 運動系統）平臺由MOOG公司提供，該EMM 運動系統采用全新的電動作動筒來驅動整個駕駛艙平臺。運動系統的變壓器將電源通過電磁過濾器（EMI）后接入運動控制柜。EMI 對電磁干擾的過濾作用是雙向的，不僅可以過濾輸入外電對運動系統的干擾，亦可以抑制運動系統對其他設備的干擾。

2.1 組成部件介紹

2.1.1 電動作動筒（EMA）

即我們常說的模擬機的“腿”。EMA 的工作原理是將旋轉運動轉換為直線運動：當電流加載到定子上，定子旋轉轉子，并帶動螺桿。螺母與外筒組件沿著螺桿徑向運動，外筒進行伸長或收縮運動。電動作動筒具有優秀的動態響應、可靠性高、低噪音、低震動等特點。作動筒相關組件介紹：

（1）滾珠絲桿組件，其主要作用為將旋轉運動轉換為直線運動，緊公差使定位更加精確以及可以使內部摩擦力降到最低，將負載能力大幅提升。

（2）HIPERFACE?編碼器，位于作動筒底部。其主要功能為將電機位置信號編譯成電信號，并反饋給電機（電機旋轉1/32768圈對應滾珠絲桿伸縮25/32768 毫米），提供速度、位置、整流信息等，通過RS-485 與電機通訊，與滾珠絲桿組件同軸且精度高達12 位。

（3）緩沖/減震組件，是一種關鍵安全組件，目的為使滾珠絲桿在伸縮過程末端減速。內有密封儲油囊與氮氣囊，在滾珠絲桿伸長與收縮過程中都能起到保護作用。

（4）緩沖/減震組件接線，由回位開關和壓力開關組成。回位開關觸電閉合表明作動筒回歸初始位置；壓力開關觸點閉合表明緩沖/減震組件內壓力大于100psi。當壓力低于100psi 時，運動系統不會工作。

2.1.2 作動筒驅動（MOTOR DRIVE）

電機控制組件接受來自運動計算機Motion PC 的作動筒位置命令，對每個作動筒電機進行伺服控制（包括速度與位置）。電源部分包含電源設備與邏輯電路，以驅動作動筒電機。控制組件DS2110 Control Head 通過Sercos 接口與Motion PC 進行頻率為1KHz 的通信，監控電機可能發生的錯誤情況（如短路，超溫等）。

2.1.3 作動筒歸位部件（RTH）

作動筒歸位部件（RTH），即歸位部件（Return To Home）。主要包括回位控制器、動態制動電阻、48V 蓄電池系統、回位熱敏電阻以及蓄電池充電器。該組件起到非常重要的安全作用——使作動筒電機失電后，運動平臺能夠以安全速度落下。失電可能是由于緊急關斷、錯誤情況或者是運動機柜斷電導致的。每條作動筒配備有兩塊電阻，一塊與接觸器CR5、CR6 和CR7 連接，另一塊與回位控制器連接。電阻可以按需調整，使每條作動筒收縮的速度相匹配。比如在EPO 情況下，內部鏈路檢測到故障條件，同時接通48V 直流電源，由電池組提供給RTH 供電，RTH 開始接通動態阻滯電阻電路，使作動筒縮回過程中產生的電動勢能夠被阻滯電路消耗掉。

2.1.4 接口板卡（IFB）

負責運動控制機柜內各組件之間的通訊。包含一塊FPGA，用來控制各邏輯線路的運行，輸出24V 直流電以及與PLC 相連，為其提供接口通訊等功能。

2.1.5 MOOG 計算機

MOOG 計算機，是運動系統的控制中心。通過Firewire 與OPServer 相連，接受其發布的位置命令。通過Sercos 光纖，將位置命令轉發給電機組件。擁有基于視窗Windows 用戶界面，可以用來監控系統狀態，配置軟件參數或對運動系統進行人工操作。

2.1.6 仿真計算機

該計算機是運動系統的重要組成部分，通過運行能夠對實際的對象和環境進行科學的模擬，從而實現飛機自由運行發動機推力和飛行系統科學模型的實時運轉，從而對飛行模擬器進行有效的管理。

2.1.7 操縱系統模擬器

操縱系統模擬器，根據真實飛機的操作感覺和實際的感知，腳蹬的位置移動以及操縱的力度根據飛行的情況具體而定。飛機模擬EMM 運動系統即采用了一種高水平的自動系統來模擬操縱桿的位移。

2.2 工作過程簡介

當安全回路中的電壓、溫度、短路過載情況、遠程EMO、動態制動電阻以及回位系統等一切正常時，運動系統才可以正常啟動并運行。當運動系統正常加載后，EMA 升起。運動系統通過MOOGPC，受到HOST 計算機以及MCLPC 控制。MOOG 計算機將運行系統軟件，同時將各種配置文件加載到相關的軟件中，為運動系統的運行做好準備。

3 典型故障分析及處理

3.1 故障現象

某日早上飛行員反映A320#5 模擬機運動無法升起，檢查發現Control Loading 可以接通，但運動無法加載。經工作人員前往運動機房檢查后發現MCLLOGIC 上顯示故障信息為“RTH Interlock Failure”，EMM 柜內的接口板卡（IFB）上三個紅燈亮。若不及時排除故障，飛行員就無法在訓練時感受真實的體感，從而達不到相關的訓練效果。并且模擬機的每場訓練花費較高，若故障排除不及時，將直接造成公司的經濟利益受損。

軟件故障通常都是在視覺系統混亂的過程中，使得通道無法正常的開啟，而通常我們都認為它已經開啟了。如果在LED 指示燈已經提示出現問題，要想查找到問題出現的搶戲原因就是要通過通訊系統來獲得信息，幫助我們對這些事物進行深入的診斷和分析這種方法能夠幫助我們來證明是不是某一個開關或者某個輸入系統使得通道沒有打開。視景系統是一個相對復雜的系統，需要對各個部分各個結構有充分的了解和認識，并且結合具體的實際工作去診斷和排除。這樣才能夠將故障發生率降低到最小。

3.2 分析與處理

根據發生的故障，我們首先分析是運動系統計算機宕機導致該故障的發生，參照常見故障的處理方法，迅速采取如下處置措施：

首先復位MOOG PC 上的MOTION BASE 軟件，無效；接著復位MCLLOGIC，無效。

采取上述二個復位措施后，系統仍然不能正常，說明了運動系統計算機正常，經分析EMM柜可能存在問題，接著采取了下述措施：

復位EMM 柜，報錯，IFB 紅燈亮，MOTION BASE 無法完成初始化；重新啟動MCLPC 計算機并重新load，無效。

上述復位、重啟措施實施后，系統仍然不能正常，進一步的分析，判斷可能MOOG PC 的相關配置文件存在錯誤，根據該分析結果，修改MOOG PC 的相關配置文件，故障依舊。

由于在前兩天A320#5 出現過motion 無法升起的故障，結合故障信息“RTH Interlock Failure”，我們依次檢查了6 個RTH 的J1-2 與J1-3 管腳之間的電壓，發現前兩個RTH 正常（24V），后四個異常（0V），考慮到6 個RTH 之間是串聯結構，判斷錯誤可能發生在RTH-C 處，由于RTH-C 出錯，導致RTH-D,E,F 也出錯。

根據以上分析與判斷，我們使用備件替換RTH-C，并將其周圍連線進行緊固，故障依然不能排除，由于擔心備件也是壞的，交換RTH-C 與RTH-D，故障仍然存在，基本確定不是RTH-C 本身的問題。

由于RTH 向上有很多接線與IFB 相連，經分析后，我們懷疑IFB 有問題，故借用了相同件號的IFB 進行替換，替換后發現故障依然存在，且A320#5 的IFB 在其他模擬機上可以正常使用，基本排除IFB 本身故障的可能性。

繼續檢查并緊固EMM 柜內各種接線以及保險絲，未發現問題，考慮到RTH-C 本身無問題，懷疑可能是RTH-B 對RTH-C 的輸出有問題，更換RTH-B 后，故障依舊不能消除。于是懷疑EMM 端故障可能已經清除，但是SIMNODE 中相關數據可能未恢復正常，將SIMNODE 重新啟動，故障仍然存在。

各個相關部件的問題已經排除，懷疑是接線的問題，由于沒有詳細的EMM 柜內部的圖紙，并且目視無法分辨具體管腳之間的互聯關系，向MOOG 人員咨詢后得到了IFB 與RTH 之間的接線圖以及相關故障排除建議，根據圖紙我們詳細檢查了多組接線的通路情況，最后發現IFB上的P18-J8管腳與RTH-C上的J1-3管腳之間斷路，將兩處接頭內的接線分別剝出試驗后發現P18-J8 管腳的接觸不良，將其重新安裝、緊固處理后故障排除。

3.3 總結

這是一起典型的EMM 運動系統故障案例，與常見的故障有著很大的不同。常見故障情況下，只需要復位運動系統計算機或是重啟電源即可，這次故障原因卻難以尋找，較為復雜。

此次典型故障的分析與處理，整個過程中首先根據故障信息發現RTH-C 的接頭管腳之間電壓異常，然后根據這一線索由簡單到復雜逐級排查，按照容易操作的優先以及可能性大的優先的方式，確定各個環節與部件是否有問題，最后找出了問題所在。分析與處理過程中遇到的最大困難在于沒有詳細的EMM 柜內部圖紙，無法按圖索驥，快速確定故障。另外，此次故障排除過程，也說明即使是平時不會觸碰并且不受振動的接線也存在接觸不好的可能性，雖然是小概率事件，但也有可能是引起故障的罪魁禍首。

4 改進方法

在今后模擬機的維護過程中，出現類似故障，應從下列幾方面入手：

（1）首先我們應查閱相關的手冊，依據所列引起故障的可能性逐一檢查。在檢查沒有問題的前提下，再開始逐級向上進行排除，最終確定故障的位置。另外，在無備件的情況下，利用交換法能夠很有效的幫助我們確定故障的方位和排查工作的順利進行，準確的定位可以有效地遏制故障的夸大化，以造成更大的問題出現；

（2）平時應妥善保管并整理EMM 運動柜、Mclpc、MoogPc等相關機器圖紙，當遇到不常見的或者較復雜的故障時，按圖索驥才能快速確定故障，鎖定部件，解決問題。若發現相關圖紙缺失，應及時向廠商索要，補充完整；

（3）制定詳細且完備的檢修計劃，將運動系統機柜、電纜、開關和連接是否正常、運動系統機柜清潔與濾網定期更換、運動作動筒清潔與檢查等項目加入檢修計劃。由于部分模擬機使用年限較長，各類儀表的接口及其連接線經常會發生接觸問題，檢查及排除故障時應著重留意；

（4）將此次典型故障案例編制在維修教案中，供大家進一步分析與探討，進一步完善分析排查流程，從而快速準確地判斷故障，并行之有效地予以排除。

通過對飛行模擬機EMM 運動系統各結構詳細的介紹，并對系統運行中發生的故障進行分析和思考，摸索了這起典型故障的診斷以及排除的方式，使故障得以較快地排除，保證了飛行訓練的正常開展。在今后飛行模擬機的維護過程中，只有不斷地進行摸索和嘗試，才能夠降低故障的發生頻率，有效地排除問題，更好的保障飛行訓練任務的完成。