摘 要：航姿系統(tǒng)作為飛機(jī)主導(dǎo)航系統(tǒng)的備份系統(tǒng)，是飛機(jī)上比較重要的電子設(shè)備，此系統(tǒng)的性能指標(biāo)將直接關(guān)系到飛機(jī)的飛行安全和綜合性能。本文闡述了新型捷聯(lián)航姿系統(tǒng)工作原理，并將其與傳統(tǒng)航姿系統(tǒng)進(jìn)行對比，通過在某型飛機(jī)上應(yīng)用證明了新型捷聯(lián)航姿系統(tǒng)的先進(jìn)性和實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：捷聯(lián)航姿;對比;應(yīng)用

1 緒論

航向姿態(tài)系統(tǒng)是飛機(jī)的備份航向姿態(tài)輔助系統(tǒng)，當(dāng)飛機(jī)主導(dǎo)航系統(tǒng)故障時(shí)，向機(jī)上其它電子設(shè)備提供飛機(jī)的俯仰角、橫滾角、航向角信息，確保飛行安全。

國內(nèi)早期設(shè)計(jì)的飛機(jī)上配備的航姿系統(tǒng)主要是由航向陀螺和垂直陀螺兩大部件組成的航向姿態(tài)系統(tǒng)，它是以框架式陀螺為基礎(chǔ)的機(jī)電儀表，一般作為飛機(jī)的主要導(dǎo)航系統(tǒng)，在裝有慣導(dǎo)系統(tǒng)的飛機(jī)上一般作為備份導(dǎo)航系統(tǒng)。隨著航空電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是微機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了無框架的捷聯(lián)航姿系統(tǒng)，它以其結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可靠性高等特點(diǎn)，逐漸取代了老一代航姿系統(tǒng)，成為眾多飛機(jī)的主要或備份導(dǎo)航系統(tǒng)。

2 傳統(tǒng)航姿系統(tǒng)的原理及功能

傳統(tǒng)的航姿系統(tǒng)其姿態(tài)信息和航向信息是分別由兩個(gè)獨(dú)立的部件完成的，其中垂直陀螺感受并輸出飛機(jī)的俯仰、傾斜角度，航向陀螺感受并輸出飛機(jī)的航向角度。

2.1 傳統(tǒng)航姿系統(tǒng)主要設(shè)備作用原理

2.1.1 垂直陀螺

垂直陀螺是由三自由度陀螺儀、托架隨動(dòng)系統(tǒng)、鎖定機(jī)構(gòu)、傾斜和俯仰機(jī)構(gòu)修正系統(tǒng)等主要部分組成的。

三自由度陀螺儀是垂直陀螺的基礎(chǔ)部分，它由陀螺馬達(dá)、內(nèi)環(huán)架和外環(huán)架構(gòu)成。它的核心是一個(gè)繞自轉(zhuǎn)軸作高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子借助自轉(zhuǎn)軸承安裝于內(nèi)環(huán)中，內(nèi)環(huán)借助內(nèi)環(huán)軸上一對軸承安裝于外環(huán)中，外環(huán)借助外環(huán)軸上的一對軸承安裝于基座上。自轉(zhuǎn)軸線與內(nèi)環(huán)軸線垂直且相交，內(nèi)環(huán)軸線與外環(huán)軸線垂直且相交。進(jìn)入正常工作狀態(tài)時(shí)，外環(huán)架軸平行于飛機(jī)橫軸，并作為飛機(jī)俯仰角的測量軸，陀螺馬達(dá)自轉(zhuǎn)軸具有定軸性并依靠修正裝置保持在當(dāng)?shù)氐牡卮咕€位置。

陀螺儀基本結(jié)構(gòu)，隨動(dòng)托架由隨動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，使陀螺馬達(dá)自轉(zhuǎn)軸、內(nèi)環(huán)軸、外環(huán)軸之間始終保持垂直關(guān)系。隨動(dòng)環(huán)軸與飛機(jī)縱軸相平行，并作為飛機(jī)傾斜角的測量軸。

陀螺儀主軸的垂直位置由修正系統(tǒng)保證。修正系統(tǒng)由固定在陀螺組合件下面的液體修正開關(guān)位于萬向支架內(nèi)環(huán)軸上的縱向修正馬達(dá)和位于外環(huán)軸上的橫向修正馬達(dá)等主要部分組成。當(dāng)陀螺儀主軸偏離垂直位置時(shí)，液體修正開關(guān)輸出電壓信號(hào)，使相應(yīng)的修正馬達(dá)工作，陀螺儀主軸便恢復(fù)到垂直位置。

垂直陀螺結(jié)構(gòu)原理，飛機(jī)在機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，為了提高傾斜和俯仰指示的精度，必須停止對陀螺儀的修正。飛機(jī)在轉(zhuǎn)彎時(shí)的橫向修正電路用角速度信號(hào)器和橫向修正斷開開關(guān)斷開。在有縱向加速度作用時(shí)，縱向修正電路用位于陀螺儀上的液體縱向斷開開關(guān)斷開。角速度信號(hào)器的工作原理是利用二自由度陀螺儀為敏感元件，感受轉(zhuǎn)彎角速度，并變換為電信號(hào)后，加到延時(shí)機(jī)構(gòu)上。

2.1.2 航向陀螺

航向陀螺是三自由度陀螺儀，工作原理與垂直陀螺相同，它還有兩個(gè)隨動(dòng)框架保持陀螺儀萬向支架外環(huán)軸對地垂線的穩(wěn)定。兩個(gè)隨動(dòng)框架由垂直陀螺給出傾斜信號(hào)和俯仰信號(hào)（由放大器將信號(hào)放大）進(jìn)行修正，而構(gòu)成傾斜和俯仰隨動(dòng)系統(tǒng)。

為了提高航向精度，一般將航向陀螺與磁航向修正系統(tǒng)傳感器配套使用。感應(yīng)式磁航向傳感器是磁航向修正系統(tǒng)的中心部件，它感受飛機(jī)相對于磁子午線的夾角，并輸出與之相對應(yīng)的信號(hào)到修正系統(tǒng)中，以此修正航向陀螺發(fā)出的航向信號(hào)。

2.2 傳統(tǒng)航姿系統(tǒng)主要功能

傳統(tǒng)航姿系統(tǒng)以ARINC407標(biāo)準(zhǔn)同步器形式向電子飛行儀表等系統(tǒng)提供飛機(jī)的航向姿態(tài)信號(hào)。

3 捷聯(lián)航姿系統(tǒng)原理及功能

捷聯(lián)航姿系統(tǒng)相比機(jī)械陀螺相比沒有實(shí)際的慣性平臺(tái)。慣性傳感器（陀螺儀和加速度計(jì)）直接固連在平臺(tái)上。

某型飛機(jī)的捷聯(lián)航姿系統(tǒng)由航向計(jì)算機(jī)、磁傳感器和GPS天線構(gòu)成，通過航向姿態(tài)計(jì)算機(jī)內(nèi)部的IMU感受并輸出沿機(jī)體三個(gè)軸向的角速度和線加速度信號(hào)，然后將IMU的輸出信號(hào)與磁傳感器輸出的航向信號(hào)以及GPS信息組合，經(jīng)航姿解算，輸出俯仰、橫滾、航向信息，送到機(jī)上其他航電設(shè)備。

3.1 捷聯(lián)航姿系統(tǒng)主要設(shè)備作用原理

航姿計(jì)算機(jī)由慣性測量單元（IMU）、航姿解算板、數(shù)字-同步器信號(hào)轉(zhuǎn)換板、GPS接收板、電源轉(zhuǎn)換盒、母板、箱體、2個(gè)接口和安裝架組成。

航姿計(jì)算機(jī)通過接口1獲得直流+28V及交流26V/400Hz電壓，電源轉(zhuǎn)換盒為計(jì)算機(jī)內(nèi)各部件提供電源并向外輸出磁傳感器工作所需的+8V直流電壓。航姿計(jì)算板采集計(jì)算機(jī)內(nèi)、外部的傳感器測量數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行誤差補(bǔ)償之后完成組合航姿解算。解算結(jié)果由接口1分兩路輸出：一路通過ARINC429數(shù)據(jù)總線輸出，另一路通過D/S轉(zhuǎn)換板以ARINC407信號(hào)的形式分別輸出給其他設(shè)備。

3.2 捷聯(lián)航姿系統(tǒng)主要功能

a）計(jì)算出飛機(jī)的姿態(tài)角和磁航向角，并以ARINC407標(biāo)準(zhǔn)同步器形式（電壓范圍11.8V/400Hz）輸出;

b）以符合HB6096-86標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱429）的數(shù)據(jù)形式輸出飛機(jī)的角速度、加速度、航姿角以及GPS信息;

c）系統(tǒng)具有上電自檢、啟動(dòng)自檢和周期自檢功能;

d）系統(tǒng)可提供航姿有效離散量輸出。

4 結(jié)論

綜上所述，捷聯(lián)航姿系統(tǒng)組件少、重量輕、精度高、體積小、操作簡單、維修性好等性能優(yōu)點(diǎn)能更好滿足飛機(jī)的使用需求，能更好滿足目前以及未來飛機(jī)減重的要求，是未來飛機(jī)航姿系統(tǒng)的主流;傳統(tǒng)的機(jī)械式航姿系統(tǒng)將逐漸退出歷史的舞臺(tái)。

參考文獻(xiàn)：

[1]樊尚春，呂俊芳，張慶榮，閆蓓.航空測試系統(tǒng).北京航空航天大學(xué)出版社，2005，7.

[2]劉建業(yè)，曾慶化，趙偉，熊智，等.導(dǎo)航系統(tǒng)理論與應(yīng)用.西北工業(yè)大學(xué)出版社，2010，3.

作者簡介：沈惠秋（1985-），女，漢族，江蘇南通人，本科，設(shè)計(jì)員，工程師，研究方向：飛機(jī)航電系統(tǒng)。