某型慣性導航系統典型53#故障的排除及解析

姚金彪 邵珠君

摘要：某型慣性導航系統在飛機上時有故障發生，造成導航系統無法正常使用，其中較為突出的是慣導報53#環境溫控故障。為降低該慣導在飛機上的故障率，通過研究環境溫控回路的工作原理，解析其故障機理，并以幾起典型53#故障的排除為例深入分析，提出有效的預防措施，以延伸修理深度，提高產品修理質量。

關鍵詞：慣性導航系統；53#故障；溫度控制

Keywords：inertial navigation system；53# Faults；temperature control

0 引言

某型慣性導航系統是航空裝備上重要的導航設備，因該慣導所使用的慣性器件性能易受溫度影響，故通過設置溫控回路，使慣性器件工作在最佳溫度狀態下，保證慣導的導航性能。

53#故障為環境溫控回路故障，在實際維修中是該型慣導溫控回路出現頻率最高的故障，研究53#故障的故障機理有助于快速定位故障點，恢復產品的完好性。53#故障的典型現象有：慣導啟動T3溫度無變化；T3溫度持續上升不停止；不間斷報53#故障等。

1 組成及工作原理

1.1 環境溫控回路的功能

通過設置慣導溫控回路，可在較短的時間范圍內使慣性元器件達到一定的溫度并獲得長時間的恒溫控制，從而使慣導能夠迅速啟動、安全可靠地投入使用并能保證導航的精度。

為充分發揮慣性器件的性能，慣性平臺還需要均衡穩定的外界環境溫度（簡稱T3溫度），設置環境溫控回路能夠在短時間內達到對環境加溫的目的，保證慣性器件處于正常工作環境溫度下，性能處于最佳狀態。

1.2 環境溫控回路的組成及工作原理

1）組成

環境溫控回路采用粗精二級溫控設計，分為殼體快速加熱（殼快加熱）和殼體比例加熱（殼比加熱），采用115V/400Hz的模擬電路，大功率常值加熱的同時進行比例加熱，殼比加熱回路為模擬回路，殼快加熱控制回路為數字控制回路，兩個回路的組成大體可分為以下三部分。

a. 溫度測量及信號轉換：實時溫度信息的獲取，包括熱敏電阻、AD590等溫度敏感元件，信號轉換包括R/V線路、A/D線路（數字溫控）及接口等。

b. 溫度控制部分：控制加熱電源的通斷，包括計算機綜合解算算法（數字溫控）及溫控電路。

c. 執行元件及被控對象：執行加熱電源的通斷，包括繼電器、可控硅和加熱片等。

殼快回路和殼比回路的組成圖如圖1所示。

2）工作原理

在慣導開機后，經115VB殼快加熱電源通過繼電器K3向殼快加熱片注入電流進行快速加溫，當T3接近44℃時，由開關量控制切斷K3繼電器，停止殼快加熱。

在慣導進入初始對準時，由平臺腔蓋板上熱敏電阻（殼比RT）感受殼體上的環境溫度，經電橋輸出偏差信號送給殼比溫控線路，在經過信號放大、變換推動可控硅功放級，經115VC殼比加熱電源給殼比加熱片注入加熱電流，使T3溫度穩定在43℃±0.5℃的正常溫度。

另外，慣導在對準和導航期間，由慣導托架上所裝的風機盒給慣導內部持續送入冷風，慣導平臺腔內部也裝有風扇，可以將熱空氣攪拌均勻，并經出風孔散熱，保證T3溫度的均衡。

2 典型故障的分析與排除

對溫控回路的組成具體分析可知，任一環節出現故障都會導致慣導環境溫度異常，從而使慣導報53#故障碼，提示慣導環境溫度異常。根據生產實際的故障統計以及修理中的經驗總結，發現故障點多存在于溫度測量和執行元件部分，根本原因在于元器件的損壞和功能失效，下面以幾起典型故障的解決為例來說明。

2.1 T3溫度啟動無變化

T3溫度啟動無變化主要發生在慣導初始對準階段，通過232數據監測到慣導平臺腔環境溫度無變化，出現此現象的主要原因有兩點。

1）加熱片短路

加熱片是加熱回路的終端和執行元件，電熱片中電阻絲的發熱會產生熱量提升溫度，電阻絲燒斷則導致加熱片短路，喪失加熱的功能。可通過檢查加熱片阻值狀態是否正常來判斷加熱片是否有異常情況。

2）可控硅損壞

可控硅是溫控回路的功率級放大環節，由可控硅V1和V2構成，其損壞則直接導致回路短路或斷路，無法執行加熱指令。可檢查V1和V2可控硅的正反向阻值，若異常則直接更換。

2.2 T3溫度持續上升不停止

T3溫度持續上升不停止主要發生在慣導精對準階段，殼快加熱正常工作時，T3溫度會以每秒0.2℃的速率上升，當達到要求值時，計算機收到回饋信號會切斷快速加熱。當快速加熱回路故障時，無法正常切換，將導致繼續加熱超過閾值，引發53#故障的出現。殼快加熱故障的主要原因在于繼電器的工作異常和熱敏電阻的損壞。

1）K3繼電器粘連

K3繼電器是加熱回路的控制元件，接收溫控板輸出的殼快切信號，控制115V電源的通斷。當K3繼電器發生粘連后，接通的115V電源會持續進行加熱。通過檢測設備觀察開機后有無115VB電源來初步判斷繼電器的好壞，再通過檢查繼電器的上電轉換功能是否正常來判斷控制元件是否故障。

2）熱敏電阻損壞

熱敏電阻是精溫控回路的敏感元件，其阻值隨溫度的變化而發生變化，熱敏電阻的短路和工作不正常將直接導致精溫控回路溫度測量錯誤，使可控硅滿功率工作，從而無法切斷快速加熱，導致出現超溫故障。

2.3 不間斷報53#故障

不間斷報53#故障多發生在慣導已進入導航工作狀態之后，特別是經過了3～6h的長航飛行，若慣導通風不暢和環境溫度監測失效，將會出現慣導報故，環境溫度降低后故障又自動消失，即出現不間斷報53#故障現象，主要原因在于散熱器失效和AD590損壞。

1）散熱器失效

慣導自身工作的環境溫度高于一般機件，長時間使用會產生大量熱量，故需對慣導進行散熱處理，通過采用托架慣導風扇和慣導內部攪拌風機吹冷風，將熱風排出，達到散熱的目的。當散熱器失效或運轉不良時，慣導就容易出現不間斷溫度升高報故的現象。

2）AD590損壞

AD590在回路中的作用是監測環境溫度，判斷環境溫度是否達到標準值，并與標準值進行比較，超過標準值則報故提示溫度異常，若AD590損壞或失效則喪失監測作用，甚至會出現誤報的現象。

3 解決措施

通過上文的分析，發現溫控回路中元器件的損壞和失效是導致慣導報53#故障的重要原因，故需有針對性地進行質量監控和檢查，特別是對易損元器件進行重點檢查，詳細的檢查方法如下。

3.1 加熱片的檢查

常規修理中，通電檢測前需先對系統進行阻值測試，可通過對殼比加熱片、殼快加熱片等涉及加熱片的部位進行阻值測試初步判斷加熱片的好壞。其次，還需對加熱片進行外觀檢查，肉眼檢查有無燒糊起泡的現象，對阻值與要求值不符和明顯有異常的要重點檢查，及時對燒糊和燒斷的加熱片進行更換。

3.2 繼電器/可控硅的檢查

在T3快速上升階段，若115VB電流使溫度達到要求值而未切斷，應重點檢查繼電器的切換功能是否正常，可通過檢查繼電器常開點和常閉點的吸合電壓以及觸點壓降是否正常來判斷繼電器是否工作正常，對異常的進行更換。

在T3恒溫階段，若115VB電流未使溫度達到要求值，依據加熱電流變化情況，應重點檢查可控硅V1和V2是否工作正常，可由萬用表測量可控硅陰極與陽極之間的正反向電阻，兩個阻值均應很大，如果測得的阻值很低或近于無窮大，說明可控硅已經被擊穿短路或已開路，需進行更換。

3.3 托架風機盒和慣導風扇的檢查

熱敏電阻持續暴露在高熱中將導致熱敏電阻永久性的損壞，慣導通過采用風扇持續吹入冷風的辦法來達到散熱目的，故對托架風機盒和慣導風扇的檢查尤為重要。

托架風機盒所裝的風扇為三相交流軸流風機，在修理中可通過聽聲音來感知風扇的運行狀態，正常情況應運轉均衡，無強烈震動和異響情況，且停機時應緩慢停止，若轉動時有明顯卡滯或異響情況，需對風扇進行更換。

3.4 AD590的檢查

該型慣導在精溫控回路中使用的是AD590集成溫度傳感器，利用流過它的電流（uA）與熱力學溫度（開爾文）度數的特性關系達到測量溫度的目的，工作范圍為-55℃～150℃，具有精度高、線性度好等優點。

由于在不同溫度下對應的電流輸出不同，故對AD590進行檢查時需設置小型測量電路，通過測量多組溫度下的電壓輸出來判斷AD590的好壞。如圖2所示，在AD590負極串聯10k電阻并接地后，在正極上加4～30V范圍的直流電源，測量不同溫度下AD590正負極端口的電壓輸出，以室溫25℃為例，對應電壓測量值V0應為2.98V，其他溫度下的電壓輸出應與該AD590的電流-溫度特性一致，若不一致則需對其進行更換。

3.5 熱敏電阻的檢查

該型慣導所使用的是NTC型負溫度系數熱敏電阻，具體型號為YSI44006，具有阻值對溫度特性波動小、對各種溫度變化響應快的特點，工作范圍為-80℃～120℃，在25℃室溫下的阻值為10kΩ，隨溫度的升高阻值呈非線性的下降，熱敏電阻阻值特性曲線如圖3所示。

通電前的檢查除了需要測量熱敏電阻的通斷外，還應重點檢查其阻值特性是否正常。但往往常規修理只檢查室溫下的阻值，容易忽視對其阻值特性的檢查，存在一定故障隱患，故需在修理中加強對阻值-溫度特性的檢查。可將電阻置于高低溫箱中，控制其處于幾個關鍵溫度，再測量阻值以判斷好壞，包括室溫（25℃）、中溫（40℃）和高溫（60℃）。將各種溫度狀態下的測量阻值與標準曲線進行對照比較，若檢查有明顯差異，需對其進行更換。

4 總結

依據慣導環境溫控回路的組成和工作原理，通過典型故障的排除，快速恢復了產品的完好性，并經過針對性的故障分析，提出了有效的預防措施，制定了對加熱片、風扇和繼電器等易損元器件的檢查方法，重點介紹了AD590和熱敏電阻的工作原理，提出了檢測其溫度特性的方法，從而延伸了產品的修理深度，消除了易導致53#故障的潛在隱患，達到了提高慣導修理質量的目的。

參考文獻

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作者簡介

姚金彪，工程師，主要從事航空儀表專業的修理技術和理論研究。

邵珠君，助理工程師，主要從事航空儀表專業的修理技術和理論研究。