某型直升機(jī)球形指示器故障探測器的研制

摘要：介紹了利用CMOS數(shù)字集成電路技術(shù)對某型國外引進(jìn)直升機(jī)球形指示器故障探測器進(jìn)行的重新研制，設(shè)計(jì)了集成故障探測器模板，實(shí)現(xiàn)了球形指示器與原機(jī)陀螺平臺和仿形裝置的接口對拉。

關(guān)鍵詞：球形指示器 CMOS集成電路 故障探測器

某型直升機(jī)自70年代中期引進(jìn)以來，為我國的科研和軍事訓(xùn)練作出了重要貢獻(xiàn)。但由于機(jī)載電子設(shè)備老化，許多機(jī)載設(shè)備已經(jīng)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(jīng)嚴(yán)重影響了飛機(jī)的完好率和出勤率。因此采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想對球形指示器內(nèi)總的電子信號處理電路進(jìn)行全新設(shè)計(jì)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(jī)電式模擬產(chǎn)品。其系統(tǒng)模塊鉸鏈關(guān)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(zhí)電動機(jī)B以及相應(yīng)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(jīng)過三個隨動通道，同時指示飛機(jī)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(hù)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(zhuǎn)子所停位置與飛機(jī)傾斜不協(xié)調(diào)。則轉(zhuǎn)子有信號輸出，此失調(diào)信號經(jīng)過工率放大器AR3放大后加到執(zhí)行電機(jī)B3的控制線圈，使B3轉(zhuǎn)動，B3轉(zhuǎn)動以后經(jīng)過減速傳裝置一方在帶動SD3的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到協(xié)調(diào)位置，另一方面又帶動球形指示器傾斜框架轉(zhuǎn)動，當(dāng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)時，球形指示器便指示出相應(yīng)的飛機(jī)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(tǒng)電機(jī)B2磨擦力矩是否過大及放大器是否出現(xiàn)故障使SD2的轉(zhuǎn)子協(xié)調(diào)速度降低（即誤差角度達(dá)到5±2度），將探測到的故障信號經(jīng)過相應(yīng)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(tǒng)電機(jī)B3磨擦力矩是否過大以及放大器是否出現(xiàn)故障使SD3的轉(zhuǎn)子協(xié)調(diào)速度降低（即誤差角度達(dá)到5±2度），將探測到的故障信號經(jīng)過相應(yīng)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(jī)上28V直流電、陀螺平臺傳送的27V直流電、機(jī)上單相26V400Hz的交流電是否出現(xiàn)故障。Z2、Z3的輸出信號傳輸?shù)絑4后，經(jīng)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(xiàn)和消失。故障旗的出現(xiàn)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(dá)到正常的工作狀態(tài)，不向Z4傳輸27V直流電；

a執(zhí)行電機(jī)B2或放大器AR2工作不正常，SD2轉(zhuǎn)子協(xié)調(diào)速度下降，誤差角達(dá)到5±2度；

b同步接受器SD2轉(zhuǎn)子線圈斷線

c同步接受器SD3轉(zhuǎn)子線圈斷線；

d執(zhí)行電機(jī)B3或放大器AR3工作不正常，SD3轉(zhuǎn)子協(xié)調(diào)速度下降，誤差角達(dá)到5±2度。

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

2.2 故障探測器電路設(shè)計(jì)

根據(jù)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(tài)；否則只要有一為低電位，故障旗就出現(xiàn)，指示器處于故障狀態(tài)。三者是“與”的關(guān)系，可用“與門”電路實(shí)現(xiàn)X＝A·B·C。

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

X與Y也是“與”的關(guān)系，可用“與門”電路實(shí)現(xiàn)Z＝X·Y。

根據(jù)上述的分析，設(shè)計(jì)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(yùn)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(jìn)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(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后送到與門電路的輸入端A1；B、C,兩路直流電信號經(jīng)分壓、穩(wěn)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＝Y(jié)2＝B?C，故Y1＝ABC；又因?yàn)閅4＝A4?B4，而4＝Y(jié)1，B4＝Y(jié)3＝A3?B3＝Y(jié)11?Y21＝a+b+c+d,所以Y4＝A?B?C?a+b+c+d。

3 系統(tǒng)試驗(yàn)

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(jīng)過篩選，電路參數(shù)經(jīng)反復(fù)計(jì)算和調(diào)整，保證了信號輸出的精度，長時間工作穩(wěn)定可靠，達(dá)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(hù)人員的校驗(yàn)和維修。

通過地面校驗(yàn)器過行校驗(yàn)，各項(xiàng)懷性能指標(biāo)達(dá)到并超過原有飛機(jī)廠家所規(guī)定的性能指標(biāo)要求。研制后的球形指示器的性能指標(biāo)和原方法提供的性能指標(biāo)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(jī)試飛600余小時，性能良好。該項(xiàng)目解決了該型直升機(jī)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(chuàng)了改被動維修為主動維修的局面，具有顯著經(jīng)濟(jì)效益和軍事效益。