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无线电罗盘在(800~989)kHz自检不正常故障研究

2022-02-28季德雨

内燃机与配件 2022年5期
关键词:故障分析维修

摘要:针对某型航空器修理调试过程中发生的一例无线电罗盘在(800~989)kHz频段内自检不正常的非典型故障,在阐述机载无线电罗盘组成、自检工作原理的基础上,分析了无线电罗盘在(800~989)kHz频段内自检不正常故障产生的原因,识别并确定了故障部位,并结合实际经验给出了维修建议。对保证无线电罗盘正常使用和飞行安全具有一定借鉴意义。

Abstract: Aiming at an atypical self-test fault of a radio compass in the frequency band of (800-989)kHz during the maintenance and debugging of a certain type of aircraft, on the basis of expounding the composition and self-test working principle of the airborne radio compass, the causes of abnormal self-test failure of radio compass in the frequency band of (800-989)kHz were analyzed, the failure position was identified and determined, and some suggestions about maintenance of radio compass and aircraft were put forward based on practical experience. This paper has certain reference significance for ensuring the normal use of radio compass and flight safety.

关键词:无线电罗盘;自检;故障分析;维修;飞行导航

Key words: radio compass;self-test;fault analysis;maintenance;flight navigation

中图分类号:P212+.1                                 文献标识码:A                                  文章编号:1674-957X(2022)05-0160-03

0  引言

航空无线电导航主要用于确定航空器的实时位置、速度和航向,引导航空器按预定航向安全飞行和着陆。无线电罗盘即是一种利用无线电技术进行定位的近程导航设备,可以根据地面导航台发射的无线电波的来向,在0°~360°范围内不间断的自动测定无线电导航台的航向角并提供可见信号,使得飞行员能够借助于航向指示器指示的电台相对方位角按预定目标飞行,配合无线电高度表、信标接收机等其他盲降系统仪表进行盲目着陆,并且通过耳机监听广播电台用无线电罗盘波段发送的呼叫信号。作为航空器关键导航设备之一,无线电罗盘对保障飞行导航尤其是起飞和降落阶段的安全扮演至关重要的作用,应根据无线电罗盘的工作原理、系统组成和使用维护特点,借助产品自检、配合专用测试设备检测、机上地面联合检查等手段,在航空器大修各工序中切合实际做好修理和维护工作,确保无线电罗盘及其他无线电导航设备工作良好,保证航空器飞行导航安全。

1  故障现象

某型航空器机载无线电罗盘要求在工作频段内自检时,无线电罗盘航向指示器的指针应指示45°±5°。一架大修航空器调试工序中,该型无线电罗盘在900kHz自检时,机上航向指示器的指针不指示45°±5°;经进一步更换频率,在(800~989)kHz频段内自检时无线电罗盘航向指针均不指示45°±5°,而在其他频率自检良好。

2  故障分析与诊断

2.1 无线电罗盘自检原理分析

某型航空器无线电罗盘主要由罗盘接收机、环形天线、环形天線匹配装置(也称环状匹配装置)、全向天线(也称垂直天线、非定向天线)、天线匹配器(也称垂直天线放大器)、预先调谐盒、控制盒、航向指示器等组成,如图1所示。该无线电罗盘在(150~1750)kHz频率范围内间隔0.5kHz的3200个频率点上工作,有“罗盘”、“天线”、“检测”三种工作状态。“罗盘”状态是无线电罗盘的主要工作状态,能够自动测定地面导航台的相对方位角和收听导航台的呼叫信号,即罗盘、耳机通道都工作。“天线”状态时,罗盘接收机作为普通接收机工作,此时罗盘通道不工作,只监听耳机信号。“检测”状态用于在任一调谐工作频率时,检查无线电罗盘的工作性能,即按下罗盘控制盒前面板上的KOHTP(检查)按钮后,在航向指示器上指示航向角为45°(允许误差±5°);当频率为1777.5kHz(专用校验频率)时,航向指示器上指针则逆时针方向平稳转动。

某型航空器无线电罗盘控制盒开关置于“罗盘”位置时,全机工作在全自动测向工作状态。此时,接收天线(磁性环形定向天线或电性非定向垂直天线)感应地面导航台(定向电台)电磁场中互成90°移动的E面和H面两个正交分量,环形天线将接收到的高频信号送至环形天线匹配装置的测角系统,由测角系统输出的高频偏差信号,经过放大器放大、移相90°、平衡、90Hz信号调相、缓冲处理后,与垂直天线、垂直天线匹配器输出的载波信号进行叠加,得到一个被90Hz调制的高频调相偏差信号,该信号含有方位误差信息,反映了地面导航台发射的无线电波的来向。无线电罗盘接收机接收该高频偏差信号后,按超外差接收原理,对信号进行相应的高频放大、变频、中频放大和同步检波后,得到包含90Hz定向信息的低频信号。此低频信号分为两部分:一部分为音频信号,送至耳机供飞行员监听台站识别音;另一部分为方位误差信号,用于驱动伺服电机带动测角器的搜索线圈向着方位误差减小的方向旋转,直到环形天线系统无信号输出为止,电机便停止转动,使搜索线圈自动跟踪导航台方位;电机带动搜索线圈转动的同时,也带动正余弦变压器转子转动,于是无线电罗盘航向指示器指针也跟随转动同样的角度,从而指示出航空器相对于导航台的航向。

无线电罗盘在“检测”工作状态时,具体检测信号的工作流程如图2所示。当按下无线电罗盘控制盒上KOHTP自检测按钮时,无线电罗盘接收机内的开关电路КЛЮЧ-3沿17号线经KOHTP按钮接地而导通,将+15V电压加到变频器СМ3、СМ4和开关电路КЛЮЧ-4,使这些电路开始工作,形成检测信号。同时,由频率合成器输入来的本振信号经混频、滤波后,确定罗盘的工作频率。在具体频率值上形成的自检信号传输至加法电路,并在此分成两路:一路经移相90°后加到垂直天线通道,输至信号迭加电路;另一路加到环形天线45°校验线圈,经测角器、环形天线匹配装置及高频组件调制后也输至迭加电路,两路自检信号在此迭加产生调相信号,经罗盘接收机处理后传送至航向指示器,使指针指示在校验角45°±5°位置上。在环形天线45°校验线圈的电路内装有两个电阻器,其中4-R1用来限制信号的电流和相位,4-R2用于校验线圈和电缆的匹配。为了便于检查控制盒各选择机构中编码的正确性,装定了1777.5kHz专用校验频率,一旦出现一个与调谐频率相符的正确编码,专用显示电路就产生一个指令,使执行电机和航向指示器指针不停地向逆时针旋转。

2.2 故障诊断

根据无线电罗盘配套交联关系和“自检”状态的工作原理,无线电罗盘各组成机件及电缆、电连接器连接的功能失效,均有可能造成(800~989)kHz频段自检不正常的故障的发生。如果该频段内存在超出无线电罗盘固有噪音电平的外界或航空器自身电磁干扰信号,也会影响自检状态的正常工作。

无线电罗盤在(150~1750)kHz频段范围内分为7个波段[第Ⅰ波段为(150~189.5)kHz,第Ⅱ波段为(190~269.5)kHz,第Ⅲ波段为(270~389.5)kHz,第Ⅳ波段为(390~559.5)kHz,第Ⅴ波段为(560~799.5)kHz,第Ⅵ波段为(800~1159.5)kHz,第Ⅶ波段为(1160~1750)kHz],该故障现象仅发生在Ⅵ波段的(800~989)kHz频段,不排除该故障与罗盘工作频率和预先调谐盒、控制盒所选波道的相关性。因无线电罗盘工作频率通过控制盒选择工作波段、向预先调谐盒传输调谐控制信号,由预先调谐盒产生、存储调谐频率对应的14位二-十进制代码,正常工作情况下,当控制盒上的波道旋钮置于8个波道中的某一通道时,8根控制线中有一根接地,使得预先调谐盒工作于“读出”状态,输出控制盒波道对应地址的罗盘频率。若控制盒8根控制线连接有误或预先调谐盒内编译码器、存储器等电路故障,都将造成(800~989)kHz自检不正常。

无线电罗盘任何工作状态的频率信息,均通过罗盘接收机内的频率合成电路产生,该电路根据控制盒、预先调谐盒内部的二-十进制编码信号输出第一本振和第二本振频率,进而产生调谐频率;罗盘自检时,罗盘接收机内的自检信号通道电路是在高频组件内装订检测频率,通过KOHTP控制按钮将高频组件的三极管12BG2的基极接地,使其截止从而集电极输出高电平,切断垂直天线电路和迭加电路的联系,而接通自检信号传输通道。如果罗盘接收机内的频率合成电路或自检信号通道电路部分元器件失效,均可能使检测频率不正常自检。

此外,环形天线内装有45°校验线圈,与校验线圈相连的环形天线匹配装置的电阻器4-R1和4-R2阻值若调整不合适,也会造成对自检信号的电流和相位限制不当,或检验线圈和电缆不匹配,进而影响自检性能。

3  故障定位与排除验证

考虑到无线电罗盘在航空器上的安装位置,按照排故部位先易后难、故障机件发生几率由大至小的故障识别、诊断和定位顺序,依次确认无线电罗盘控制盒、内外部电磁环境、航向指示器、接收机、环形天线、环状匹配装置、预先调谐盒、垂直天线及匹配器的良好性,测量无线电罗盘接收机至环形天线、预先调谐盒的低频电缆以及环形天线至匹配装置高频电缆连接的导通和绝缘性能,最终定位无线电罗盘在(800~989)kHz自检不指45°±5°的故障点。具体的最小故障单元定位过程及故障诊断结果如下:

①为确定该故障与罗盘工作频率和预先调谐盒、控制盒所选波道的相关性,通过预先调谐盒在其他波道置900kHz,自检时指针不指45°±5°,确认该故障现象与1~8波道位置信息无关。

②更换频率,在(800~989)kHz自检时航向指针均不指45°±5°,而在其他频率时自检良好,识别出该故障现象与频率有关。

③通过电磁强度分析仪监测无线电罗盘环形天线、垂直天线、接收机所在部位的(800~989)kHz频段内电磁信号,实测信号强度值不大于罗盘工作时的固有噪音电平的1.7倍;使用示波器和高频电压表在罗盘检测口2KX1内2-4孔处测量罗盘接收机中频输出端的噪音电平,不大于罗盘工作时的固有噪音电平。航空器及无线电罗盘的外界和内部电磁信号强度满足其正常工作要求,排除(800~989)kHz频段电磁干扰的可能。

④将控制盒的波道旋钮置于非(800~989)kHz所在的其他波道,罗盘自检正常,各频率自检时耳机内均可听到自检音响信号;将控制盒的波道旋钮置于“频率调谐”位置,通过预先调谐盒置入频率1777.5kHz,航向指示器上指针向逆时针方向平稳转动。基于此,可以确认罗盘控制盒、控制盒至罗盘主机自检信号线、控制盒至预先调谐盒控制信号线无故障。

⑤无线电罗盘在各频率自检,通过示波器分别监测无线电罗盘检测口2KХ1内3-2和3-3孔处的正弦波和余弦波信号,发现(800~989)kHz频段的输出波形与其他频率的正弦、余弦信号波形不一致,由此可判断故障部位在无线电罗盘前端,排除由航向指示器引起的可能性。

⑥航空器断电情况下,更换性能良好的无线电罗盘接收机;航空器上电后对无线电罗盘在(800~989)kHz自检,航道罗盘不指示45°±5°,该故障现象应与无线电罗盘接收机无关。

⑦航空器断电情况下,更换性能良好的环形天线及环状匹配装置;航空器上电后对无线电罗盘在(800~989)kHz自检,航道罗盘不指示45°±5°,该故障现象应与环形天线及环状匹配装置无关。

⑧航空器断电情况下,更换性能良好的预先调谐盒;航空器上电后对无线电罗盘在(800~989)kHz自检,自检良好,分析该故障现象应与预先调谐盒有关。

⑨航空器断电情况下,重新安装原机预先调谐盒;航空器上电后对无线电罗盘在(800~989)kHz自检,自检良好,排除预先调谐盒自身对该故障现象的影响,判断该故障现象应与预先调谐盒相连的电缆或电连接器有关。

⑩无线电罗盘在(800~989)kHz自检,轻轻晃动与预先调谐盒相连的电缆及电连接器8XX1,自检不正常的故障现象时隐时现,说明该故障现象应与电连接器8XX1及電缆有关联。

{11}航空器断电情况下,测量预调控制盒电缆连接器8XX1至罗盘主机电缆连接器2XХ1的导通与绝缘性能,线路良好;分解电连接器8XX1,未发现脱焊和虚焊现象。进一步按电连接器修理技术要求检查8XX1插孔的质量,发现无缩孔现象;检测电连接器插拔力,多次测量值在技术指标允许值的下限;使用放大镜更进一步检查电连接器8XX1各插孔形态,发现一插孔变粗,存在较为显著的边缘磨损现象。将该插孔换新处理后,航空器上电,无线电罗盘在各频率自检良好,故障排除。

通过以上的最小故障单元定位过程,将故障点定位至预先调谐盒电缆连接器8XX1的一处插孔。该处插孔随着航空器服役年限的加长及与对接部位多次插拔而加剧接触磨损和疲劳,机械可靠性变差,接触失效概率增大,导致预先调谐盒与罗盘接收机在(800~989)kHz的自检信号无法有效传输,造成自检故障。

4  启示与建议

作为某型航空器飞行导航综合系统的重要组成部分,无线电罗盘自身包含的部件较多,外部又要与导航计算机、话音匹配装置、无线电导航台架进行通信,工作过程较为复杂。在查找无线电罗盘故障部位的过程中,要详细地观察罗盘在三种工作模式下的故障现象,识别其发生在一种、两种工作模式,还是三种工作模式都不正常工作,进而缩小故障诊断范围。根据产品工作原理和故障统计信息,无线电罗盘故障多发于罗盘接收机中,容易导致在故障定位时通过经验主义的惯性思维着眼于罗盘接收机的内、外部相关电路,进而忽视其它产品特别是电连接器可能出现的失效和故障,影响排故效率。本次故障案例即可通过“天线”、“罗盘”两种工作模式正常工作的现象,从无线电罗盘工作原理和交联关系上排除大部分电路有故障的可能性,从而将故障部位缩小至预先调谐盒相关线路中,再逐步定位至电连接器的插孔。

基于此,对有关产品、系统在机上联调联试和使用维护过程中遇到性能故障时,要认真分析各组件的工作原理以及系统间的交联情况,在此基础上通过串换组件或测量相关信号及线路良好性等方法逐一排除故障。同时,在故障排查过程中应留意观察故障现象在采取相关措施后的变化情况,视情制定下一步故障诊断措施,直至确定最小故障单元,同时也应注意以下安全事项:

①拆卸、安装各组件、电缆连接器应在航空器未上电时进行,以确保人员、航空器、机载设备和部附件的安全。

②安装各组件、连接电连接器时应对正并紧固,防止因组件、电缆未连接到位而影响故障识别与诊断。

③必要时,故障诊断过程中可晃动电连接器及电缆,但动作要轻柔、缓慢,防止因过分弯折、拉伸而产生次生故障。

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