饒明波，張 歡，曾 行，余云鵬，劉 欣，楊杰紅

（中航工業(yè)洪都，江西 南昌330024）

0 引 言

當(dāng)前，電傳飛行控制技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于多種型號飛機(jī)，電傳飛控系統(tǒng)采用了大量集成電子電路，使系統(tǒng)變得更加復(fù)雜[1]。因此，采用電傳飛控系統(tǒng)的飛機(jī)，飛控系統(tǒng)BIT自檢測以及日常地面維護(hù)檢測顯得尤為關(guān)鍵[2]。與機(jī)械操縱系統(tǒng)相比，電傳飛控系統(tǒng)的故障檢測手段和方法也發(fā)生了根本的改變。某型飛機(jī)采用飛控地面維護(hù)檢測系統(tǒng)進(jìn)行故障分析和定位，為飛控系統(tǒng)維護(hù)提供信息和依據(jù)。本文通過對該型飛機(jī)電傳飛控系統(tǒng)組成原理和工作狀態(tài)進(jìn)行分析，研究和總結(jié)了該型飛機(jī)飛控系統(tǒng)地面維護(hù)檢測方法，并提出了對電傳飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化的建議。

1 電傳飛控系統(tǒng)組成原理分析

某型飛機(jī)采用三軸、四余度、數(shù)字式、全權(quán)限電傳飛行控制系統(tǒng)，并具有模擬備份系統(tǒng)。飛控系統(tǒng)的組成包括傳感器子系統(tǒng)、飛控計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)、伺服作動子系統(tǒng)、控顯開關(guān)子系統(tǒng)。其中，飛控計(jì)算機(jī)是飛控系統(tǒng)的核心，通過運(yùn)行在飛控計(jì)算機(jī)上的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)飛控系統(tǒng)輸入輸出信號的處理、余度管理、邏輯判斷、控制律計(jì)算、伺服控制等實(shí)時工作任務(wù)，同時飛控計(jì)算機(jī)中運(yùn)行的自檢測軟件能夠?qū)崿F(xiàn)飛控系統(tǒng)BIT自檢測功能。飛控系統(tǒng)的模擬量、離散量、狀態(tài)信息、故障信息都可以通過飛控計(jì)算機(jī)發(fā)送給飛控地面維護(hù)檢測設(shè)備，飛控系統(tǒng)地面維護(hù)檢測設(shè)備能夠?qū)崟r監(jiān)控飛控系統(tǒng)當(dāng)前的各種狀態(tài)信息。飛控系統(tǒng)組成原理如圖1所示。

某型飛機(jī)電傳飛控系統(tǒng)工作模態(tài)包括實(shí)時任務(wù)工作狀態(tài)和自檢測工作狀態(tài)。其中，飛控系統(tǒng)實(shí)時任務(wù)工作狀態(tài)是指飛控系統(tǒng)進(jìn)行信號處理、余度管理、邏輯判斷、控制律計(jì)算、伺服控制等一系列實(shí)時運(yùn)行應(yīng)用程序的工作狀態(tài)，在實(shí)時任務(wù)工作狀態(tài)下，可以通過飛控系統(tǒng)實(shí)時任務(wù)檢測軟件（FTI軟件）監(jiān)控飛控系統(tǒng)的工作和故障狀態(tài)信息。飛控系統(tǒng)自檢測工作狀態(tài)是對飛控系統(tǒng)自身狀態(tài)完好性進(jìn)行測試的過程，包括對飛控系統(tǒng)上電自檢測（PUBIT）、飛行前自檢測（PBIT）、飛行中自檢測（IFBIT）和維護(hù)自檢測（MBIT）四種模式，若飛控系統(tǒng)自檢測后存在故障，則可通過飛控系統(tǒng)自檢測地面維護(hù)軟件 （MBIT軟件）下載故障代碼信息[3]。

圖1 電傳飛控系統(tǒng)組成

2 電傳飛控系統(tǒng)故障檢測分析

某型飛機(jī)電傳飛控系統(tǒng)具有故障綜合處理能力，飛控計(jì)算機(jī)將采集的所有故障部件的信息轉(zhuǎn)換成故障代碼，通過總線信號分別發(fā)送給綜合航電顯示、機(jī)電記錄和飛控系統(tǒng)地面維護(hù)系統(tǒng)檢測，其中，綜合航電顯示系統(tǒng)主要用于飛行過程中為飛行員提供飛控系統(tǒng)主要狀態(tài)和故障信息的顯示。而飛控系統(tǒng)地面維護(hù)以及詳細(xì)分析系統(tǒng)故障原因，則需要通過飛控系統(tǒng)地面維護(hù)檢測設(shè)備的 “FTI/MBIT”軟件，實(shí)現(xiàn)飛控系統(tǒng)詳細(xì)工作狀態(tài)和故障信息的檢測，以及飛控系統(tǒng)BIT自檢測后故障信息的下載[4]。

通過飛控系統(tǒng)地面維護(hù)檢測設(shè)備可實(shí)現(xiàn)對該型飛機(jī)電傳飛控系統(tǒng)的所有故障的實(shí)時檢測，故障檢測方式簡單、便捷。但是，由于該型飛機(jī)電傳飛控系統(tǒng)體系架構(gòu)以及故障申報(bào)機(jī)制等固有的原因，在進(jìn)行飛控系統(tǒng)故障檢測定位時，仍然需要結(jié)合一定的人工分析過程。

某型飛機(jī)電傳飛控系統(tǒng)組成部件故障示意如圖2所示，圖中紅色的部分表示故障的部件。從對圖2以及系統(tǒng)的故障申報(bào)原理分析可以得出，通過飛控系統(tǒng)地面維護(hù)檢測設(shè)備申報(bào)某故障的原因可能是某部件本身的故障，也可能該部件是與飛控計(jì)算機(jī)之間連接線纜的故障，或者是飛控計(jì)算機(jī) （對應(yīng)接口板卡）導(dǎo)致申報(bào)故障。因此，對于飛控系統(tǒng)地面維護(hù)檢測設(shè)備申報(bào)的故障，需要通過綜合分析的過程，來確認(rèn)故障的原因。

鑒于以上分析，本文研究了該型飛機(jī)飛控系統(tǒng)故障檢測和定位的方法步驟。

3 電傳飛控系統(tǒng)故障檢測方法

3.1 故障檢測工具

飛控系統(tǒng)地面維護(hù)檢測所需的工具包括：飛控系統(tǒng)地面維護(hù)檢測設(shè)備（1臺）、檢測線纜（若干）。檢測設(shè)備及測試連接示意如圖3所示。

飛控系統(tǒng)地面維護(hù)檢測設(shè)備可作為該系列飛機(jī)一線保障設(shè)備，該設(shè)備集成了飛控系統(tǒng)實(shí)時任務(wù)檢測（通過FTI軟件實(shí)現(xiàn)）和飛控系統(tǒng)自檢測地面維護(hù)（通過MBIT軟件實(shí)現(xiàn)）兩部分功能。FTI軟件監(jiān)控飛控系統(tǒng)實(shí)時工作狀態(tài)下的各類參數(shù)，檢測內(nèi)容包括飛控系統(tǒng)模擬量信號、離散量信號、故障編碼、工作狀態(tài)字信號等，適用于飛控系統(tǒng)通電檢查、故障檢測、系統(tǒng)維護(hù)等。MBIT軟件主要用在飛控系統(tǒng)BIT自檢測后對飛控系統(tǒng)故障信息的下載，適用于飛行前檢測、通電檢查故障檢測、系統(tǒng)維護(hù)。

圖2 飛控系統(tǒng)故障部件示意

圖3 檢測設(shè)備及測試線纜

3.2 故障檢測方法

電傳飛控系統(tǒng)高度綜合，對電傳飛控系統(tǒng)的維護(hù)和故障檢測，首先需要熟悉系統(tǒng)的組成和工作原理，此外，豐富的故障排除經(jīng)驗(yàn)也更有助于對故障的準(zhǔn)確定位。該型飛機(jī)電傳飛控系統(tǒng)的故障檢測過程方法如下所示：

1)故障申報(bào)

若飛控系統(tǒng)存在故障，則系統(tǒng)上電、自檢測以及實(shí)時任務(wù)工作時，都會通過綜合航電顯示裝置、告警裝置以及飛控地面維護(hù)檢測設(shè)備申報(bào)故障信息。

2)故障確認(rèn)

若發(fā)現(xiàn)飛控系統(tǒng)已經(jīng)申報(bào)了故障，下一步工作則需要復(fù)現(xiàn)故障，排除虛警故障，對故障進(jìn)行確認(rèn)。主要方式是通過飛控系統(tǒng)地面維護(hù)檢測設(shè)備的FTI和MBIT軟件分析和確認(rèn)故障，步驟如下：

（1）連接飛控地面維護(hù)檢測設(shè)備；

（2）啟動飛控系統(tǒng)/飛控檢測設(shè)備；

（3）通過MBIT軟件下載故障信息；

（4）通過FTI軟件分析故障信息。

3）故障定位

排除虛警，確認(rèn)故障后，并不代表已經(jīng)找到了故障源。下一步的工作應(yīng)當(dāng)將故障定位到具體的LRU部件，以便于更換故障部件，恢復(fù)系統(tǒng)正常。具體過程如下：

（1）檢查顯示的故障部件單元與飛控計(jì)算機(jī)的連接線，確認(rèn)是否是由于連接線纜接觸不良或斷了導(dǎo)致的故障；

（2）更換顯示的故障部件單元，可以確認(rèn)是否由于部件本身的原因?qū)е碌墓收希?/p>

（3）對于是由于飛控計(jì)算機(jī) （相應(yīng)接口板卡）引起的故障，可以通過更換飛控計(jì)算機(jī)或左右互換飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行故障確認(rèn)。

在故障定位的過程中，對作動器、飛控計(jì)算機(jī)等子系統(tǒng)的部件進(jìn)行拆卸、更換和恢復(fù)的工作極量大，而且這些部件的連接插頭比較多，拆卸過程容易導(dǎo)致意外損壞。因此，通過對這些部件工作原理的分析，為了快速定位故障，研制了“輔助檢測線纜”進(jìn)行故障定位。在不拆卸故障部件的基礎(chǔ)上，可通過輔助檢測線纜交叉更換不同通道的信號指令，輔助故障判斷。輔助檢測線纜包括前襟、副翼、平尾和方向舵的輔助檢測線纜，如圖3所示。

4)故障排除

故障定位后，則應(yīng)通過對故障部件進(jìn)行更換或修復(fù)故障連接線纜等方式排除故障。系統(tǒng)故障排除并恢復(fù)后，進(jìn)行飛控系統(tǒng)自檢測，確認(rèn)飛控系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。

某型飛機(jī)電傳飛控系統(tǒng)故障檢測主要步驟如圖4所示。

圖4 飛控系統(tǒng)故障檢測流程

3.3 故障檢測示例

下面通過一個典型的故障案例，分析該型飛機(jī)電傳飛控系統(tǒng)故障檢測和定位的過程，以及“輔助檢測線纜”的使用方法。

例如，通過飛控系統(tǒng)地面維護(hù)檢測設(shè)備發(fā)現(xiàn)飛控系統(tǒng)申報(bào)“右平尾作動器電氣AB通道故障”，其他通道無故障。

通過對系統(tǒng)的組成原理分析可知，右平尾作動器的供電、作動筒的位移傳感器、DDV閥位移傳感器等電氣部件都可能引起 “右平尾作動器電氣通道故障”，可能故障的LRU單元分別是飛控計(jì)算機(jī)和右平尾作動器。但是，現(xiàn)有的檢測手段無法直接提示是飛控計(jì)算機(jī)相應(yīng)的板卡故障，還是右平尾舵機(jī)故障，或者是兩者之間的連線故障。

1）故障分析步驟

（1）通過FTI/MBIT軟件再次確認(rèn)故障，排除虛警。其軟件故障界面如圖5所示，若仍有故障，則進(jìn)行下一步檢查。

圖5 FTI/MBIT軟件故障界面

（2）檢查飛控計(jì)算機(jī)至右平尾舵機(jī)端的連接線纜是否導(dǎo)通，對應(yīng)針腳查看相應(yīng)的《某型飛機(jī)電傳飛控系統(tǒng)接線圖》。若某根線纜不導(dǎo)通，則維修更換線纜后返回步驟1檢查。若線纜都導(dǎo)通良好，則進(jìn)行下一步檢查。

（3）對于拆卸簡單的部件，可通過更換LRU部件準(zhǔn)確確定故障源。但是，對于平尾作動器和飛控計(jì)算機(jī)等拆卸工作量極大的部件，則可通過“輔助檢測線纜”進(jìn)行故障定位。

2）輔助檢測線纜

本案例可通過平尾“輔助檢測線纜”，輔助故障檢測。輔助故障檢測原理是將無故障通道與故障通道的指令信號通過“輔助檢測線纜”交叉互換，其中，互換檢測接線方式如圖6所示。前襟、副翼、方向舵的“輔助檢測線纜”使用方法類似。

（1）若“輔助檢測線纜”交叉互換后，F(xiàn)TI軟件仍然申報(bào)右平尾AB通道故障，則可確定為對應(yīng)通道的飛控計(jì)算機(jī)故障，更換故障飛控計(jì)算機(jī)；

圖6 平尾輔助檢測線纜接線示意圖

（2）若“輔助檢測線纜”交叉互換后，F(xiàn)TI軟件申報(bào)的故障轉(zhuǎn)移到左平尾CD通道（方式一）或右平尾CD通道（方式二），則可確定為對應(yīng)的平尾作動器故障，更換故障的平尾作動器。

（3）若“輔助檢測線纜”交叉互換后，還存在其他現(xiàn)象，則需進(jìn)一步分析故障原因或逐步更換可能的故障LRU部件后再檢查。

4 結(jié) 語

通過某型飛機(jī)電傳飛控系統(tǒng)外場維護(hù)發(fā)現(xiàn)，電傳飛控系統(tǒng)的故障檢測和維護(hù)主要依靠飛控系統(tǒng)自身的故障申報(bào)及地面維護(hù)檢測軟件。但是，通過飛控系統(tǒng)地面維護(hù)檢測設(shè)備申報(bào)的某些故障，其故障源又可能是多方面原因引起的。主要原因是該型飛機(jī)采用的集中式飛控系統(tǒng)架構(gòu)，飛控計(jì)算機(jī)承擔(dān)了接口、計(jì)算、伺服控制、二次供電等功能，容易因飛控計(jì)算機(jī)接口板、伺服板和電源板等原因而申報(bào)對應(yīng)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的故障。因而，增加了系統(tǒng)故障定位和排除的困難以及系統(tǒng)維護(hù)的工作量。

因此，在后續(xù)電傳飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，應(yīng)綜合考慮飛控系統(tǒng)體系架構(gòu)對系統(tǒng)故障檢測和維護(hù)影響。例如，LRU部件的功能應(yīng)采用模塊化、獨(dú)立化設(shè)計(jì)，便于故障定位和維護(hù)，避免某些部件集中了過多的功能而增加部件復(fù)雜性和故障定位和維護(hù)的成本。此外，還應(yīng)通過對系統(tǒng)和部件故障申報(bào)機(jī)制的研究，提高飛控系統(tǒng)故障申報(bào)的準(zhǔn)確性，降低故障定位的難度。

[1]段江濤.機(jī)載飛控計(jì)算機(jī)機(jī)內(nèi)自檢測方法的研究.計(jì)算機(jī)測量與控制，2011，19（8）.

[2]唐建生.基于設(shè)計(jì)模式無人機(jī)通用MBIT內(nèi)核設(shè)計(jì).計(jì)算機(jī)測量與控制，2012，20（3）.

[3]王靜.飛控系統(tǒng)故障診斷技術(shù)研究及軟件開發(fā).西北工業(yè)大學(xué)，2007，3.

[4]孫學(xué)初.無人機(jī)飛控系統(tǒng)故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì).裝備制造技術(shù)，2012（2）.