（昌河飞机工业集团公司 江西 景德镇 333000）
摘 要：为改善直升机的飞行品质，直升机上一般安装有飞行控制系统，以保证其空中姿态稳定，并减轻驾驶员操作负担。从某型直升机飞控系统航向保持精度差的问题出发，分析了导致该问题的不同故障模式，针对不同的故障模式结合试验数据进行相应的可能性分析，得到最终的处理方法。通过直升机飞控系统航向保持精度差故障的分析与处理，给出了飞控系统故障的一般研究方法，以期能够对现场技术人员针对飞控系统排故提供借鉴。
关键词：飞控系统 航向保持 故障分析
与固定翼飞机不同，直升机有比较复杂的操纵特性：通过操纵主旋翼倾斜度，改变姿态角（俯仰角、滚转角），从而实现对飞机纵向和侧向速度的控制；通过控制总距杆及调节油门杆，控制旋翼总桨距以及发动机功率，改变旋翼产生的升力大小，实现直升机的高度控制；通过操纵脚蹬，改变尾桨的总桨距，改变尾桨拉力，平衡旋翼反作用力，保证航向稳定以及控制机头转向，达到航向控制的目的。飞控系统通过与相应的伺服舵机构成航向伺服控制系统，达到控制直升机航向修正与航向保持的目的。
1.确定故障模式：
在航向通道上，飞控计算机、飞控放大器控制航向通道数据的采集、处理、输出,若飞控计算机内飞行控制系统航向保持控制律及控制律参数设计不合理或者飞控计算机、飞控放大器内部航向通道相应的元器件故障，导致相应的航向通道输出数据异常，都有可能导致控制系统输出精度差，无法对直升机航向通道波动进行修正。
从飞控系统执行元件上分析，若航向航向并联电动舵机带载能力不满足要求，在大负载的情况下，飞控系统计算处理元件计算针对当前飞行状态计算出的需执行的数据无法得到有效、正确的执行，如舵机输出位移偏小，导致航向通道修正不足。在该直升机飞控系统中，航向通道上，还有航向开关拉杆这一部件，它安装于直升机操纵系统航向通道上，通过开关的通断，判断飞行员是否进行脚蹬操作。通过配合控制航向并联舵机内部的电磁离合器的释放与吸合，解除飞控系统对航向通道的自动控制操作。若直升机航向开关拉杆通断异常，或者航向开关拉杆与航向并联舵机电磁离合器控制时序不匹配，可能导致直升机飞控系统无法对航向通道进行控制。故障模式如图1：
图1 “航向保持精度差，航向角不修正”的故障模式
2.故障排除与定位：
针对可能造成该直升机航向保持精度差问题的各种故障模式进行一一分析与排除：
X1.“航向控制律及参数设计不合理”，飞行控制系统航向保持控制律及控制律参数沿用了过往成熟的飞行控制系统，进行了多年试飞验证，证明这套控制律及控制律参数是适合该系列直升机的。可以排除该因素。
X2.“飞控计算机航向通道输出异常”，在地面对飞控计算机进行了全面检测，未发现飞控计算机航向通道输出异常。且该直升机在飞“协调转弯”、“脚蹬转弯”等和飞控计算机航向通道有关的功能模态时均正常，故可以排除该因素。
X3.“飞控放大器航向通道输出异常”，在地面对飞控放大器进行了全面检测，未发现飞控放大器航向通道输出异常。且该直升机在飞“协调转弯”、“脚蹬转弯”等和飞控放大器航向通道有关的功能模态时均正常，在地面将飞控计算机和飞控放大器联成系统进行测试，指标均正常。故可以排除该因素。
X4.“航向并联电动舵机带载能力不满足要求”。在试验室对航向并联电动舵机进行了大载荷测试，测出航向并联电动舵机扭簧预应力力矩为20.8N?m，摩擦力力矩测试到24N?m仍可以带动负载（考虑载荷再往上加会损坏舵机，故最大载荷加到480N，也就是24N?m的力矩），摩擦力力矩远大于扭簧预应力力矩，表明航向并联电动舵机的带载能力是满足要求的。
X5.“航向开关拉杆输出异常”，经地面通电检查以及振动环境下检测，航向开关拉杆断开力符合设计指标。
X6. “控制律航向模态切换和航向并舵电磁离合器控制时序不匹配”，经分析试飞数据，平飞时航向开关拉杆频繁处于通-断-通-断状态，航向开关拉杆信号控制航向并联电动舵机的电磁离合器，航向开关拉杆一断开航向并舵电磁离合器立即释放，而控制律模态要经过500ms滤波后才会从“航向保持”切换为“脚蹬操纵”，在这滤波阶段是“航向保持”，飞行控制系统是要修正直升机航向角的偏差位置回到基准位置，但电磁离合器释放后航向并联电动舵机不受飞行控制系统的控制，航向配平不起作用。所以，航向开关拉杆和电磁离合器控制时序不匹配导致“航向保持精度差”。
3故障机理分析
飞行控制系统系统软件在“航向保持”和“脚蹬操纵”转换时对航向开关拉杆做了500ms 的滤波处理，即：航向开关拉杆连续断开时间＞500ms，飞行控制系统系统软件判别航向开关拉杆断开了，飞行控制系统控制律从“航向保持”自动控制模态转入“脚蹬转弯”增稳控制模态；航向开关拉杆连续断开时间≤500ms，飞控系统软件判别航向开关拉杆没有断开，飞行控制系统控制律依然在“航向保持”自动控制模态。但是，航向开关拉杆信号控制航向并联电动舵机的电磁离合器是通过物理硬线连接的，航向开关拉杆只要一断开航向并联电动舵机的电磁离合器就会释放。
也就是说，这是一种“并联舵机释放状态下的航向保持”模态，航向配平不起作用。通过分析试飞数据，平飞时航向开关拉杆频繁处于通-断-通-断状态，断开时间均在50ms～100ms 之间。在此状态之下，飞控系统软件判别航向开关拉杆没有断开，飞行控制系统控制律依然在“航向保持”自动控制模态，但航向并联电动舵机处于释放状，航向配平不起作用，故航向保持精度差。
4故障试验验证与处理
针对上述机理分析进行了航向并联电动舵机的带载能力试验。试验模拟直升机试飞中，飞控放大器航向伺放输出满偏时配平输出为28V 高电平，用开关模拟航向开关拉杆的通-断-通-断（人为拨动开关控制断开时间在（100ms～200ms），航向并联电动舵机的载荷分别为空载和5N。在空载状态下航向并联电动舵机的输出轴几乎没有发生位移，5N 载荷下航向输出轴随着载荷的重力承随动状态，试验结果表明航向开关拉杆频繁通-断-通-断时航向并联舵机处于释放状态。
通过优化航向并联电动舵机电磁离合器控制逻辑，使飞行控制律“航向保持”和“脚蹬操纵”模态与航向并联舵机电磁电磁离合器的“锚定”和“释放”时序匹配.
依据更改后的航向保持工作机理，进行直升机机上接线的相应更改。经机上实施落实和试飞验证，该问题得到解决。
5结论
本文通过对某型直升机飞控系统航向保持精度差故障模式分析总结该故障的可能性原因，对相应故障进行一一排除与定位，对已确定的故障模式进行原理性的机理分析以及故障试验验证。经试飞验证，故障得以排除。结果表明，该故障分析与处理的流程清晰，故障定位、处理准确，给出了飞控系统故障处理的一般研究方法。对于提高现场飞控问题故障分析与处理的工作效率具有一定的借鉴意义。
参考文献：
[1] 孙学初，陈小平. 无人机飞控系统故障诊断专家系统设计.装备制造技术，2012（02），66-68.
[2] 刘剑慰. 基于模型的飞行控制系统故障诊断方法研究. 南京航空航天大学，2016（01）.
论文作者:朱国富
论文发表刊物:《科技新时代》2019年8期
论文发表时间:2019/10/14
标签：航向论文; 舵机论文; 拉杆论文; 直升机论文; 故障论文; 控制系统论文; 系统论文; 《科技新时代》2019年8期论文;