直升机飞控系统自驾功能故障分析

直升机飞控系统自驾功能故障分析

“自驾”功能是直升机飞控系统的基本工作方式，可以改善直升机的飞行品质进而减轻飞行员的操纵负荷。“自驾”功能的实现主要依靠飞控操纵台功能请求和计算机的软件逻辑来共同完成。首先飞控操纵台软件要采集“自驾”功能按键状态，并将状态请求结果通过429数字总线转发给飞控计算机，系统应用软件再经过功能接通/断开的逻辑判断，决定“自驾”功能的接通或断开，最终将状态信息反馈给操纵台，操纵台点亮“自驾”模态指示灯。

标签：直升机;飞控系统;自驾功能;故障分析

引言

早期的直升机由于执行任务比较简单，性能要求也比较低，直升机不稳定运动模态的发散周期比较长，驾驶员可以对这种不稳定的发散模态进行不断的人工修正。随着直升机性能不断提高，以及执行的任务越来越复杂，尤其是武装直升机，不仅要执行反潜、对地攻击、对空射击等任务，而且要完成超低空贴地飞行，进行地形跟随与地形回避机动，抵御阵风扰动等操纵，再加上直升机固有的不稳定性，仅仅依靠人工操纵已十分困难。因此，与定翼机相比，直升机更需要增稳系统、控制增稳系统或自动飞行控制系统。

1飞控操纵台功能及结构

飞行控制操纵台采用同构型双余度结构。每个通道硬件配置完全相同，采用通道内自监控为主、通道交叉监控为辅的双通道热备份工作方式。具有故障隔离、故障申报、通道自动切换等功能。产品通过ARINC429总线与飞控计算机进行交联。综合处理板A和综合处理板B分别完成飞控系统功能按键、旋转编码开关等操作指令采集后，向飞控计算机发送飞控系统操作请求，得到飞控计算机反馈信息后，经综合处理板进行数据比较监控、表决后向显示控制单元输出点灯信号，同时将接收到的飞控计算机故障信息、舵面位移、给定数据反馈等信息通过RS422总线发送至显示控制单元液晶显示屏。

1.1故障现象

2017年，有机组反映某架直升机在平飞状态下，2分钟内三次出现飞控操纵台上无线电高度保持功能指示灯自动点亮现象，每次按压按键后指示灯均会熄灭。返航后地面滑行时，断开飞控系统各功能后又出现无高保持功能指示灯自动点亮现象。将该飞控操纵台返回厂家按国军标要求做常温和高、低温条件下工作能力测试后故障未复现。继续进行振动条件下工作能力测试，故障复现，确认为飞控操纵台故障。

1.2故障分析

根据故障现象建立故障树如图1所示。从图中可知，对应指示灯的点亮电路、控制电路以及信号传递共有三个故障类型：导光板上的无高保持功能指示灯电路故障、IO板上的无高保持功能指示灯控制电路故障、IO板插头与母板插座接触不良。针对上述三种故障类型按以下步骤进行排查。

1.将故障操纵台的导光板拆下，安装在另一台正常飞控操纵台上进行测试，飞控操纵台工作正常;将正常飞控操纵台的导光板安装在故障操纵台上，故障仍存在。因此排除导光板故障。

2.将IO板与另一台正常飞控操纵台进行替换，故障随IO板转移，确认IO 板故障为导致飞控操纵台自动点灯的直接故障。在飞控操纵台故障情况下，对IO 板上对应无高保持功能电平转换的芯片和光耦合器电路信号进行测试，电平转换芯片输入信号异常，光耦合器电路信号正常，排除光耦合器开关电路故障;拆下电平转换芯片，对该芯片重新焊接牢固，对产品进行环筛振动试验，故障再没有复现。排除电平转换芯片本身的质量问题，排除电平转换芯片故障、光耦合器故障和光耦合器焊接不可靠。

3.对已修复的IO板重复插拔，故障没有复现。排除IO板插头和母板插座接触不良。综上，确认故障原因为电平转换芯片的针脚焊接不可靠。

2直升机飞控系统自驾功能优化措施

2.1飞控操纵台检查

1.将飞控操纵台开盖进行线缆外观检查，把集束的导线分开，对导线进行了仔细检查，未发现破皮、短路和断路等现象。再对母板、I/O板、TX板的线路进行导通检查，导通检查正常。

2.对CPLD、DSP、U1、U2及429芯片相关信号与焊盘的接触情况进行检查，未发现虚焊现象。

3.对CPLD、DSP、U1、U2及429关键芯片进行了外观检查，未发现异常，再通过示波器等测量设备对芯片进行通电测试，测试结果正常。同时在飞控操纵台上电后，飞控操纵台“自驾”功能按键能正常接通或者断开，在结合以上分析，故可以排除飞控操纵台硬件故障。最后对飞控操纵台“自驾”功能软件设计逻辑进行梳理。当按压“自驾”功能按键时，在试验室都能正常接通和断开功能，设置不满足自驾逻辑时，也能阻止功能接通，判断不是“功能通断模块逻辑”故障。可以大致定位为采集到的按键信息和真实的操作不一致。经过地面对按键频繁按压解读按键信息，没有发现按键信息的解码和编码故障问题。为了使故障复现，设计人员通过模拟机上环境，加入振动源进行持续试验，同时抓取故障发生时的数据，成功抓住了一次按键信息翻转的过程。经分析，软件对“自驾”功能等非自锁按压式功能按键信息的采集模块处理策略为连续接收该按键编码信息2拍后，上层软件即认为有该按键的操作动作，即将该按键状态进行一次翻转。振动环境造成了按键信息被干扰，偶然出现超过连续2拍的数据。飞控操纵台会发送“自驾”功能

接通或断开请求，造成功能的自動接通或断开。通过加宽对按键信息滤波的时值，解决了该问题。经过试验室确认，确定造成“自驾”功能自动接通或断开故障的原因为飞控操纵台软件按键采集模块中“自驾”按键信息滤波策略问题。

2.2俯仰、倾斜和航向通道的稳定工作状态

俯仰、倾斜和航向通道处于同步工作状态后，当再次按压操纵台上的上述三通道的按钮时，则相应通道处于稳定工作状态。通道的稳定工作状态时，同步器不工作，将直升机的姿态或航向保持在同步器记忆的基准上。当直升机受到干扰时，姿态角或航向角发生变化，航向姿态系统敏感这一变化，并通过同步器转子输出一误差电压，该电压经限幅后加到伺服放大器，伺服放大器的直流输出电压加到舵机的伺服阀，从而驱动舵机的动力活塞运动，经操纵连杆、助力器和主桨或尾桨的变距机构最后改变直升机的姿态或航向，以消除姿态角或航向角偏差，使直升机回到同步记忆的基准上。与上述过程同时，速度陀螺组也将其感受到的姿态变化率或航向变化率信号经速率放大器而加到伺服放大器的输入端，以改善直升机的动态品质。

2.3俯仰和倾斜通道的自动配平

自动配平的目的是，在不危及直升机飞行安全的前提下增大自动驾驶仪的工作范围。其具体作用是用与姿态信号成比例的脉冲信号来改变驾驶杆的停留点。当俯仰、倾斜通道处于稳定工作状态时，伺服放大器的交流输出加到配平控制器上，该控制器按所加电压的极性送到抬头配平阀或低头配平阀的脉冲信号的宽度与俯仰信号成比例。配平阀缓慢地改变驾驶杆的停留点，当驾驶员需要操纵直升机时，可以轻松地克服驾驶杆的这种缓慢移动。在伺服放大器的交流输出电压低于配平控制器的工作门限时，配平阀不工作。

结束语

本文通过对飞行控制系统“自驾”功能故障采用建立故障树进行分析排查，遍历了引起故障的所有可能性，定位了故障原因。尤其涉及软件逻辑实现分析时，严格依据软件设计逻辑流程，进行功能逻辑故障树分析，通过故障复现和相同环境验证的手段充分证明更改的有效性，对软件进行机上更改提供了过程保证。为软硬件交联故障的排故积累了宝贵的经验，能够指导类似故障的排除。

参考文献

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