張 恒

（云南東方飛行培訓(xùn)有限公司，云南昆明 650214）

0 引言

飛行模擬機(jī)用來模擬飛行時(shí)所有的操縱，前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)是控制載荷系統(tǒng)（Control Loading）的一部分，用來模擬飛機(jī)正常及緊急情況下前輪轉(zhuǎn)彎時(shí)手輪的操縱情況。控制載荷系統(tǒng)分為動(dòng)態(tài)控制載荷和靜態(tài)控制載荷：動(dòng)態(tài)控制載荷本質(zhì)上是由伺服系統(tǒng)控制的伺服驅(qū)動(dòng)裝置，前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)就屬于動(dòng)態(tài)控制載荷；靜態(tài)控制載荷是簡(jiǎn)單的機(jī)電裝置，飛行員訓(xùn)練時(shí)所需要的操縱力大小是事先由系統(tǒng)確定好的，該控制載荷系統(tǒng)通過接口與節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。靜態(tài)控制載荷又可以分為主動(dòng)靜態(tài)控制載荷和被動(dòng)靜態(tài)控制載荷，這里不再詳述。

前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)由轉(zhuǎn)彎手輪、傳動(dòng)鏈條和鋼索、ELU（Electromechanical Load Unit，電動(dòng)機(jī)械載荷單元）組成。ELU 又是由電機(jī)、伺服放大器、EID（Electric Load Identification，電動(dòng)載荷身份識(shí)別器）、1/4 轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤、位置編碼器、力傳感器等組成（圖1）。

圖1 前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)

1 前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)原理

模擬機(jī)的前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)有別于真飛機(jī)的前輪轉(zhuǎn)彎。飛行員訓(xùn)練時(shí)，操縱前輪轉(zhuǎn)彎手輪，手輪帶動(dòng)與之相連的鏈條轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈條的后端連接著鋼索，鋼索連接在電機(jī)的端頭上，節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)計(jì)算出當(dāng)前情況下，所需飛行員施加的力，通過電機(jī)來實(shí)現(xiàn)力大小的變化。力傳感器和1/4 轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤、位置編碼器也連接在電機(jī)的端頭上。節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)通過飛機(jī)當(dāng)前所處的具體情況、飛行員施加在手輪上的力來計(jì)算出當(dāng)前電機(jī)應(yīng)當(dāng)輸出的力，這樣飛行員就有了操縱的感受（圖2）。力傳導(dǎo)和力反饋的具體過程如下：

圖2 操縱桿的力傳導(dǎo)和反饋

（1）Simnode 節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)著飛機(jī)的數(shù)學(xué)模型，MCLPC節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)著力的模型和伺服控制模型，DBU（Digital Buffer Unit，數(shù)字緩沖單元）模塊中包括cPDSP（CompactPCI Digital Signal Processor，數(shù)字信號(hào)處理單元）和cPAD（Compact－PCI Analog Digital Input/Output，數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)互換單元），Load Unit（電動(dòng)機(jī)械載荷單元）如前文所述。

（2）在飛行中，力傳感器將飛行員所施加的力傳遞給MCLPC，Simnode 節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)將飛機(jī)飛行參數(shù)也傳遞給MCLPC，MCLPC利用它們計(jì)算出操縱電機(jī)的命令，再經(jīng)過多次計(jì)算，最終利用伺服放大器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

（3）力傳感器將飛行員的力反饋至MCLPC 節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)；位置編碼器將飛行控制位置傳遞給伺服控制模塊；電機(jī)位置通過位置編碼器反饋至cPDSP。

（4）驅(qū)動(dòng)電機(jī)的命令都是計(jì)算當(dāng)前飛機(jī)所處情況和反饋信號(hào)而得到的，這里類似于自動(dòng)控制中的閉環(huán)控制。飛行員施加在操縱桿、盤、輪上力的大小，是由計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)計(jì)算得出的，因此飛行模擬機(jī)在模擬飛行操縱卡阻時(shí)非常方便，只需要控制電機(jī)輸出力的大小，讓飛行員難以操縱駕駛桿、盤、輪即可，這也是飛行訓(xùn)練中重要的訓(xùn)練內(nèi)容。

2 前輪轉(zhuǎn)彎故障現(xiàn)象和分析

此次前輪轉(zhuǎn)彎的故障現(xiàn)象是，模擬機(jī)所模擬的飛機(jī)前輪正向前，但前輪轉(zhuǎn)彎手輪不在中立位置，在此位置上不操縱手輪，飛機(jī)能沿直線滑行。飛機(jī)滑行時(shí)也可以使用前輪轉(zhuǎn)彎手輪操縱飛機(jī)轉(zhuǎn)彎，但是當(dāng)手輪轉(zhuǎn)到LEFT 或RIGHT 的極限位置時(shí)，飛機(jī)左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)的幅度差距比較大。斷開控制載荷系統(tǒng)，也可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)前輪轉(zhuǎn)彎手輪。

故障分析：基于上述故障現(xiàn)象，檢查前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的機(jī)械連接，未發(fā)現(xiàn)有卡滯的地方，使用CAE 公司的jDFC 校準(zhǔn)軟件，進(jìn)行前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的摩擦力分析時(shí)，摩擦力在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。由此分析，此故障應(yīng)該發(fā)生在位置編碼器上，因?yàn)槲恢镁幋a器記錄著前輪轉(zhuǎn)彎手輪的中立位置、極限位置等重要信息。位置編碼器的位置信息丟失一般是由于模擬機(jī)斷電并且位置編碼器的電池也失效的情況造成的。當(dāng)編碼器電池正常，即使模擬機(jī)斷電，位置編碼器也不會(huì)丟失位置信息，即位置編碼器電池是編碼器的供電備份。

3 轉(zhuǎn)彎手輪不在中立位置故障的排出方法

CAE 公司各個(gè)系列模擬機(jī)的控制載荷系統(tǒng)部件雖然有一些差別，但是模擬載荷的原理一樣。每一臺(tái)模擬的模擬不同的操縱（俯仰、橫滾、偏航、腳尖剎車）都需要一套與之對(duì)應(yīng)的控制載荷系統(tǒng)，因此一臺(tái)模擬機(jī)會(huì)有許多的位置編碼器和編碼器電池，一旦電池失效，在模擬斷電的情況下就有可能造成位置等重要信息丟失。

排除故障的方法就是使用CAE 公司的控制載荷校準(zhǔn)軟件jDFC 軟件校準(zhǔn)零位，并且更換編碼器電池。

用機(jī)械的辦法將前輪轉(zhuǎn)彎手輪固定在中立位（即Center位）上。在MCLPC 節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)上打開jDFC 軟件，選擇前輪轉(zhuǎn)彎模擬通道，點(diǎn)擊“test”菜單，選擇“Encoder zeroing”子菜單，點(diǎn)擊執(zhí)行（圖3）。執(zhí)行完成之后，將會(huì)生成后綴名為.ddm、.dds、.ddh的文件，選擇保存文件。將此文件拷貝到Opserver 節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)相應(yīng)的文件夾下，因?yàn)镸CLPC 節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)在下次boot 時(shí)，需要從Opserver 節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)上加載此校準(zhǔn)文件來執(zhí)行對(duì)控制載荷系統(tǒng)的操縱。

圖3 jDFC 軟件使用界面

最后，更換此前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的編碼器電池。需要特別注意的是，在更換電池時(shí)一定要保證模擬機(jī)時(shí)在通電的情況下。否則，此系統(tǒng)的中立位置信息還會(huì)丟失。

4 維護(hù)建議

加拿大CAE 公司模擬機(jī)的控制載荷系統(tǒng)是一套既有硬件機(jī)械、又有軟件控制的復(fù)雜系統(tǒng)。在進(jìn)行故障分析排除時(shí)，可以先檢查機(jī)械系統(tǒng)有無故障，然后再檢查調(diào)試軟件系統(tǒng)。

幾乎所有電池都有使用時(shí)間的限制，編碼器電池也不例外。建議檢查所有安裝有編碼器電池的控制載荷系統(tǒng)，定期（一般為5 年）更換編碼器電池，以防在模擬機(jī)斷電時(shí)，位置編碼器丟失重要信息，造成操縱桿、盤、輪不在中立位置等故障，防止模擬機(jī)AOG 情況的發(fā)生，保障模擬機(jī)正常運(yùn)行。

由此類推到模擬機(jī)的其他系統(tǒng)，模擬機(jī)的運(yùn)動(dòng)柜、吊橋系統(tǒng)、P1 電柜（模擬機(jī)主要的供電柜）的UPS 都有電池，需要按照更換周期進(jìn)行更換。