某型直升機球形指示器故障探測器的研制

摘要：介紹了利用CMOS數字集成電路技術對某型國外引進直升機球形指示器故障探測器進行的重新研制，設計了集成故障探測器模板，實現了球形指示器與原機陀螺平臺和仿形裝置的接口對拉。

關鍵詞：球形指示器 CMOS集成電路 故障探測器

某型直升機自70年代中期引進以來，為我國的科研和軍事訓練作出了重要貢獻。但由于機載電子設備老化，許多機載設備已經到了壽命的極限。特別是球形指示器，自90年代以來，因故障率太高，且無法修理，已經嚴重影響了飛機的完好率和出勤率。因此采用先進的設計思想對球形指示器內總的電子信號處理電路進行全新設計尤為必要。

1 球形指示器的組在及原理

該型球形指示器是一種機電式模擬產品。其系統模塊鉸鏈關系如圖1所示。

它包括三個隨動通道和一個故障探測器。每個通道由一個同步接受器SD、一個放大器AR、一個隨動執電動機B以及相應的減速傳動裝置組成。球形指示器接受陀螺平臺輸出的俯仰角信號、傾斜角信號和仿形裝置輸出的航向角信號，經過三個隨動通道，同時指示飛機的俯仰角、傾斜角和航向角。故障探順由Z2、Z3、Z4三個模塊組成，由它告知飛行員或地面維護人員球形指示器的工作的方向是否正常。

由于三個通道的工作原理基本相似，本文以傾斜通道為例。其工作原理如下：SD3接受陀螺平臺輸出的俯仰角信號，若SD3的轉子所停位置與飛機傾斜不協調。則轉子有信號輸出，此失調信號經過工率放大器AR3放大后加到執行電機B3的控制線圈，使B3轉動，B3轉動以后經過減速傳裝置一方在帶動SD3的轉子轉到協調位置，另一方面又帶動球形指示器傾斜框架轉動，當系統協調時，球形指示器便指示出相應的飛機傾斜角。

2 故障探測器的研制

2.1 故障探測器的功能

故障探測器接口電路原理如圖2所示。

Z2是俯仰通道推測。檢測同步接受器SD2是否斷線、俯仰系統電機B2磨擦力矩是否過大及放大器是否出現故障使SD2的轉子協調速度降低（即誤差角度達到5±2度），將探測到的故障信號經過相應的處理后傳輸給閉鎖裝置模塊Z4。

Z3是傾斜通道探測模塊。檢測同步接受器SD3是否線、俯仰系統電機B3磨擦力矩是否過大以及放大器是否出現故障使SD3的轉子協調速度降低（即誤差角度達到5±2度），將探測到的故障信號經過相應的處理后傳輸給閉鎖裝置模塊Z4。

Z4是閉鎖裝置模塊。探測機上28V直流電、陀螺平臺傳送的27V直流電、機上單相26V400Hz的交流電是否出現故障。Z2、Z3的輸出信號傳輸到Z4后，經過邏輯處理后控制電磁鐵線圈的“通”和“”，從而控制故障旗的出現和消失。故障旗的出現有下列七種情況？：

A 沒有26V400Hz的交流電；

B 沒有28V的直流電源；

C 陀螺平臺沒有達到正常的工作狀態，不向Z4傳輸27V直流電；

a執行電機B2或放大器AR2工作不正常，SD2轉子協調速度下降，誤差角達到5±2度；

b同步接受器SD2轉子線圈斷線

c同步接受器SD3轉子線圈斷線；

d執行電機B3或放大器AR3工作不正常，SD3轉子協調速度下降，誤差角達到5±2度。

上面的七種情況，只要有一種情況出現，Z4即輸出低電位，電磁鐵斷電，磁力消失，故障旗出現。

2.2 故障探測器電路設計

根據A、B、C、a、b、c、d七種情況對故障的影響，可列出真值表，如表1和2所示。

由表1可知，只有A、B、C同時為高電位，故障旗才消失，表示指示器處于不常狀態；否則只要有一為低電位，故障旗就出現，指示器處于故障狀態。三者是“與”的關系，可用“與門”電路實現X＝A·B·C。

由表2可知，只有a、b、c、d同進為低電位時故障旗才消失，表示指示器處于正常狀態；否則只要有為高電位，故障旗便出現，指示器為故障狀態。四者是“或非”的關系，可用兩路“或非門”電路和“與門”電路實現Y＝／a＋b＋c。

X與Y也是“與”的關系，可用“與門”電路實現Z＝X·Y。

根據上述的分析，設計該探測器電路如圖3所示。

圖中VDD與自行研制的15V電源下端相連，VSS與15V電源地相連。采用LM124四集成運算放大器電路對SD2、SD3輸出的脈動信號a、d和直流信號b、c進行前置處理，其四路輸出信號V0送到LM14001四二輸入端集成或非門電路的A1、B2、A2、B2輸出端，或非門輸出信號Y11＝A1+B1+＝a+d，Y21＝A2+B2＝b+c。A、B、C、Y11、Y21這五路信號作為LM4801四二輸入端集成與門電路的輸入信號。其中A路交流信號經整流、濾波、穩壓后送到與門電路的輸入端A1；B、C,兩路直流電信號經分壓、穩壓后送到與門電路的輸入端B2、A2；或非門電路輸出信號民Y11、Y21送到與門電路的輸入端B3、A3。由于Y1＝A1?B1，而A1＝A，B1＝Y2＝B?C，故Y1＝ABC；又因為Y4＝A4?B4，而4＝Y1，B4＝Y3＝A3?B3＝Y11?Y21＝a+b+c+d,所以Y4＝A?B?C?a+b+c+d。

3 系統試驗

新研制的球形指示器故障探測器主要元器件均采用軍品，并經過篩選，電路參數經反復計算和調整，保證了信號輸出的精度，長時間工作穩定可靠，達到了故障探測的要求，且邏輯思路清晰，便于飛行員的空中操作和地面維護人員的校驗和維修。

通過地面校驗器過行校驗，各項懷性能指標達到并超過原有飛機廠家所規定的性能指標要求。研制后的球形指示器的性能指標和原方法提供的性能指標可參看表3。

到目前為止，新改制的球形指示器已通過鑒定并裝機試飛600余小時，性能良好。該項目解決了該型直升機球形指示器靠國外訂貸帶來的備件缺、訂貨難的問題，而且開創了改被動維修為主動維修的局面，具有顯著經濟效益和軍事效益。