飛機干擾彈異常發(fā)射故障分析與改進

李勇軍 葉 青 周勇軍 劉良勇

國營蕪湖機械廠

一、故障分析

某型飛機地面作業(yè)維護過程中，前座艙啟動控制板（AAP）接通電子對抗系統(tǒng)時，飛機尾部無源干擾設(shè)備的第10 號發(fā)射器第29、30 號彈位中的箔條干擾彈異常發(fā)射。

1.原理分析

無源干擾（CFDS）設(shè)備是飛機電子對抗系統(tǒng)的一部分，主要由控制器、順序器、發(fā)射器、干擾彈等系統(tǒng)產(chǎn)品組成，控制器接收投放干擾彈信息及飛機飛行參數(shù)，并將投放決策參數(shù)送至順序器。順序器用于接收控制器的控制信號，產(chǎn)生大電流點火脈沖送至發(fā)射器，如圖1所示。

圖1 無源干擾設(shè)備組成示意圖

2.系統(tǒng)通電工作過程

當(dāng)飛機通電后，電子對抗分系統(tǒng)電源組件內(nèi)部部分電路開始工作，按壓啟動控制板上“電子對抗”按鈕后，電源組件產(chǎn)生28 V 直流電源供給控制器，并將28 V 直流電源和115 V 交流電源供給有源干擾設(shè)備，電子對抗系統(tǒng)上電運行，如圖2 所示。

圖2 電子對抗系統(tǒng)供電示意圖

控制器接通28 V 直流電源后，通過內(nèi)部電源模塊進行二次變壓，產(chǎn)生28 V、5 V 電壓供順序器工作，12 V、5 V 電壓供紫外接收機工作。順序器通電2 s 內(nèi)，啟動內(nèi)部自檢程序完成電路自檢及48 路彈檢；通電12 s 時，完成第二次自檢及48 路彈檢。

3. 彈檢及投放原理分析

飛機通電檢查過程中，按下座艙啟動控制板上“電子對抗系統(tǒng)”按鍵后，電子對抗系統(tǒng)開始通電，電子對抗無源干擾系統(tǒng)的順序器上電啟動彈位檢查，如圖3 所示。以本次29 號彈位彈檢為例：自檢／投放轉(zhuǎn)換指令在彈檢時，D10-49 端到V4 的輸入端（ZX）無輸出信號，K1 繼電器不工作，27 V 從常閉觸點（XDL紅線部）經(jīng)過R34 電阻（10kΩ），輸入到D14 的19#腳，D14 受D9-45 來的自檢／投放指令的控制，從D14 的7#腳輸入，從18#腳輸出發(fā)送到29#彈位（藍線指示）。

圖3 彈檢及投放原理圖

彈檢脈沖通過順序器插頭連接到32 個發(fā)射器的點火線圈正觸點上，脈沖幅值為150 mV，脈寬10 ms。將查詢結(jié)果通過順序器上報給控制器。彈檢脈沖通過干擾彈電流小，不會投放干擾彈。

自檢/投放轉(zhuǎn)換指令在投放時，D10-49 端到V4 的輸入端（ZX）有5 V 輸出信號，K1 繼電器工作，27 V從常開觸點（DDL 黃線部）經(jīng)過R18 電阻（15Ω）輸入到D14 的19#腳，D14 受D9-45 來的自檢/投放指令的控制，從D14 的7#腳輸入，從18#腳輸出發(fā)送到29#彈位，通過發(fā)射器電觸點投放干擾彈（綠線指示）。

投放脈沖通過順序器插頭接到對應(yīng)的發(fā)射器的彈位的點火線圈正觸點上，脈沖幅值約為7 V，脈寬10 ms。投放脈沖電流大，干擾彈可以被投放。

三、故障原因分析

根據(jù)現(xiàn)場故障現(xiàn)象，結(jié)合無源干擾設(shè)備上述工作原理進行分析，繪制出系統(tǒng)故障樹，如圖4 所示。結(jié)合故障樹，對可能引起該故障的10 個底事件進行逐項排查，形成故障分析如下。

圖4 干擾彈異常發(fā)射故障樹

1.人為因素

根據(jù)干擾彈投放原理和程序控制關(guān)系分析，如果是座艙操作人員誤操作按壓發(fā)射按鈕，系統(tǒng)將會按順序從首枚箔條彈開始發(fā)射，不可能出現(xiàn)第29、30 號彈位發(fā)射投放的故障現(xiàn)象，因此排除底事件1。

2. 產(chǎn)品故障

如果電源組件故障導(dǎo)致輸出電壓異常，控制器和順序器不能正常工作，則所有干擾彈都會受到影響，不會只發(fā)射投放2 枚干擾彈，因此排除底事件2。

如果控制器故障產(chǎn)生異常投放指令，也應(yīng)該按順序從首枚箔條彈開始發(fā)射，而不是發(fā)射中間的2 枚，因此排除底事件3。

如果右順序器X3 插頭到第10 個發(fā)射器（FL59）插頭的電纜和外部電纜有短路現(xiàn)象，造成其他線路上的電壓接到第10 個發(fā)射器插頭的9#、10#線，可能導(dǎo)致第29、30 號位干擾彈意外發(fā)射。插頭經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)有短路情況。使用示波器測量第29、30 號彈位發(fā)射通路電壓值，對電子對抗系統(tǒng)加電時，發(fā)現(xiàn)存在幅度150 mV、脈寬10 ms 的脈沖信號；當(dāng)干擾彈投放時，發(fā)現(xiàn)存在幅度7 V、脈寬50 ms 脈沖信號。對比測量其他彈位，加電脈沖和投放脈沖一致且符合性能指標(biāo)，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，因此排除底事件4。

如果右順序器內(nèi)部有多余物，可能造成線路短路，導(dǎo)致第29、30 號位干擾彈意外發(fā)射。經(jīng)檢查，右順序器內(nèi)部無多余物，測量右順序器X3 插頭到故障10 號發(fā)射器（FL59）插頭導(dǎo)通性、絕緣性，符合電氣連接要求，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，因此排除底事件5。

如果右順序器插頭8#、9#線有異常電壓輸出故障，可能導(dǎo)致第29、30 號位中的干擾彈意外發(fā)射。用示波器檢查X3 插頭8#、9#線，未發(fā)現(xiàn)異常電壓輸出，因此排除底事件6。

如果彈檢時右順序器自檢/投放轉(zhuǎn)換繼電器K1 發(fā)生故障，可能導(dǎo)致第29、30 號位中的干擾彈意外發(fā)射。用示波器監(jiān)控右順序器中三極管V4 輸入端ZX 信號及自檢/投放轉(zhuǎn)換繼電器K1 線圈負端，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，因此排除底事件7。

如果是發(fā)射器故障，但其內(nèi)部芯線及連接電纜內(nèi)的其他芯線無法提供發(fā)射所需的電流，即使短路也無法導(dǎo)致誤投放的發(fā)生。10 號發(fā)射器線路連接經(jīng)檢查，未發(fā)現(xiàn)短路等異常現(xiàn)象，因此排除底事件8。

3.其他因素

一是機上線路故障。順序器、控制器及發(fā)射器之間的線路故障也可能造成故障情況的出現(xiàn)，首先檢查右順序器插頭到右側(cè)16 個發(fā)射器連接電纜之間導(dǎo)通性、絕緣性，符合電氣連接要求，無異常。擴大線路檢查范圍到相關(guān)系統(tǒng)電纜線路都未發(fā)現(xiàn)問題，因此排除底事件10。

二是控制器到順序器之間連接的電磁干擾。在基本排除機上系統(tǒng)產(chǎn)品和電纜線路問題的故障可能性后，懷疑是否可能是機上電磁干擾引發(fā)的故障。于是逐項接通機上系統(tǒng)產(chǎn)品，利用示波器監(jiān)控順序器內(nèi)部的相關(guān)信號。在啟動控板盒上接通電子對抗系統(tǒng)后，再接通通導(dǎo)系統(tǒng)按鍵時，在ZX 信號及K1 線圈負端偶發(fā)異常信號。然后進一步檢查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)斷開短波電臺收發(fā)機電源電纜線時，干擾波形消失，因此懷疑短波電臺通電過程中產(chǎn)生干擾信號導(dǎo)致右順序器自檢/投放轉(zhuǎn)換繼電器K1 產(chǎn)生誤動作，在彈檢過程中導(dǎo)致干擾彈意外投放，據(jù)此推斷底事件9 是本次故障的原因。

根據(jù)該型短波電臺工作原理分析，短波電臺在上電自檢過程中存在7.99 MHz 的模擬發(fā)射情況，使用頻譜分析儀在短波電臺上電自檢過程中監(jiān)測天調(diào)部件線纜處的傳導(dǎo)電磁發(fā)射頻譜，如圖5 所示。由于短波電臺發(fā)射功率較大，8 MHz 左右的短波信號，波長為37.5 m（不考慮介質(zhì)影響），順序器的5 V 和27 V 地線是通過10 m 左右的電纜連接到控制器的，在控制器端進行遠程接地，順序器的數(shù)字地和模擬地之間存在較大的共地環(huán)路阻抗，另外電纜在機身部分與短波電臺電纜相同走向，在短波電臺發(fā)射過程中其電磁輻射信號通過天調(diào)部件電纜耦合作用到順序器地線環(huán)路中，造成干擾。

圖5 短波電臺自檢過程中的輻射發(fā)射結(jié)果

四、故障復(fù)現(xiàn)

由于該故障屬于比較嚴(yán)重的危險性故障，不能通過實彈進行檢查驗證，而無源干擾彈激發(fā)時的信號暫無專用設(shè)備進行采集，通過對無源干擾系統(tǒng)工作原理分析，針對性研制干擾彈脈沖監(jiān)控設(shè)備，利用該設(shè)備進行故障驗證。按照機上操作模式進行試驗，試驗情況如下。

實測短波電臺開機到發(fā)射的時間。通過現(xiàn)場測試，短波電臺從開機到發(fā)射時間為11 s。結(jié)合無源干擾設(shè)備接通電門后自檢時間制定測試方案如下：電子對抗電門接通后1 s，接通短波電臺電門，使得無源干擾設(shè)備自檢時間與短波電臺發(fā)射時間重合，以驗證短波電臺發(fā)射是否會對無源干擾設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，導(dǎo)致干擾彈誤投。用示波器測試順序器內(nèi)部繼電器K1 線圈負端，監(jiān)測K1 線圈負端的干擾信號，自制設(shè)備連接順序器插頭，監(jiān)測干擾情況是否會產(chǎn)生投放信號。

按照試驗方案進行通電檢查，在電子對抗上電12 s后，示波器監(jiān)測到電磁干擾信號，自制設(shè)備上模擬干擾彈發(fā)射LED 燈被點亮（存在3 V 以上、時間間隔0.1 ms的異常信號）。因此得出驗證結(jié)論：短波電臺發(fā)射時，如果電磁干擾信號與電子對抗自檢信號重合，會在順序器輸出端產(chǎn)生異常信號，可能會導(dǎo)致干擾彈誤投。

根據(jù)以往電磁干擾故障處理經(jīng)驗，對短波電臺線路進行屏蔽處理，可降低短波電臺對順序器干擾。主要屏蔽工作一是天調(diào)部件電纜屏蔽處理；二是將短波電臺天調(diào)部件上的天線引線更換為帶屏蔽線引線。按要求對天調(diào)部件的低頻電纜和高頻電纜外套一段約300 mm 的防波套，兩端收頭做好防護處理。插頭端的防波套固定于尾附壓線片處，做到屏蔽接地處理，同時更換帶屏蔽引線的天線引線，再次反復(fù)進行通電試驗驗證，短波電臺上電后的抖動脈沖波形幅度由原來的近30 V 降低到4 V 左右，信號幅度不足以導(dǎo)致K1繼電器誤動作，監(jiān)測設(shè)備上未再出現(xiàn)過干擾彈發(fā)射指示燈燃亮情況，說明故障已排除。

五、結(jié)束語

本文通過電纜屏蔽措施降低了電纜地線對電磁干擾信號的引入，排除了故障現(xiàn)象，但問題的根本原因是由于系統(tǒng)順序器和控制器之間的電纜地線設(shè)計不合理，將高頻干擾信號引入到線路中導(dǎo)致系統(tǒng)誤工作。故障排除后，技術(shù)人員對該問題進行反饋，最終通過試驗驗證了關(guān)于系統(tǒng)接地線路的設(shè)計更改，采用了在順序器產(chǎn)品旁邊就近接地的方式，徹底杜絕了該問題隱患的發(fā)生。該案例充分說明了系統(tǒng)產(chǎn)品研發(fā)過程中的電磁兼容性設(shè)計的重要性，也可為汽車、船舶等相關(guān)行業(yè)中的電磁兼容性問題整改提供借鑒。