刘磊
摘 要：人们对自动飞行控制系统的研究已经有100多年的历史，自动控制装置早在100多年前就已经问世（例如1873年法国雷纳德发明的无人多翼滑翔机的方向稳定器）。由于早期的飞机没有能够完全解决操纵和平衡的问题，于是就有人开始研究带陀螺仪的自动驾驶仪。随着航空业的发展，为了减轻驾驶员的疲劳，在客机上安装自动驾驶仪的需求大大增加，这就促使自动驾驶仪等设备进一步的发展。由气动式，液压式发展到全自动，由三个陀螺分别控制三个通道发展到改用一个或两个陀螺操纵飞机。目前，电传控制已在现代飞机设计中得到广泛的应用，自动驾驶仪及相关系统都已经成为了大多数飞机普遍使用的重要系统。本文从MA600飞机自动驾驶系统说明、组成以及原理入手，讲述此系统的使用原理以及基本的工作与控制方法，并说明了该系统的操作与故障排除。
关键词：自动驾驶 舵机 飞控计算机
中图分类号：V26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（b）-0019-02
现代飞机的自动驾驶系统已经得到了普遍的应用，自动驾驶系统主要用于飞机了实现自动飞行和飞行指引功能，以减轻驾驶员的疲劳。为了实现上述功能，自动驾驶系统都会按照三个系统分别去控制飞机的升降舵、副翼和方向舵三个舵面来实现。每个系统又称为通道，自动驾驶系统的三个控制通道分别是倾斜、俯仰及航向三个控制通道。俯仰控制通道用来控制飞机的俯仰角运动；航向控制通道用来控制飞机的航向角运动；倾斜控制通道用来控制飞机的倾斜角运动。这个三个控制通道既是独立，又相互响应、相互联系，完成正常的飞机操纵，在飞机的航向控制方面，近代飞机大多都采用倾斜通道来控制航向，用偏航阻尼器来稳定航向，可以省去一个航向通道。一般情况下，三个控制通道的工作原理是一致的。
国产的MA600飞机自动驾驶仪系统是一个全数字式双通道系统，提供飞机俯仰、横滚、偏航三轴自动驾驶和俯仰配平功能，并具有故障消极保护功能。
1 系统概述
国产MA600飞机的自动驾驶系统是由自动驾驶仪处理来自飞机航向与姿态系统、大气数据系统、飞行管理系统以及方式选择板的输出信号或者左、右驾驶员的指令信号，提供给驾驶员完整的自动驾驶和飞行指引功能，可以满足Ⅰ类自动进场的要求。主要能够实现飞机的俯仰控制、横滚控制、偏航控制、自动配平、飞行指引、姿态保持、自动断开、自动断开提示等功能。
2 系统组成及工作原理
MA600飞机自动驾驶系统主要由自动驾驶仪板、方式选择板、飞行控制计算机、飞行控制舵机、舵机钢索组成。
（1）APP-85自动驾驶仪板。
自动驾驶仪板包括自动驾驶仪转换和湍流方式选择按钮、自动驾驶仪和偏航阻尼器接通/断开杆和俯仰操纵轮/转弯旋钮指令组件。
（2）方式选择板。
方式选择板用来选择飞行指引工作方式。方式按钮采用的是按压-通/按压-断逻辑方式。按压一次方式按钮就可以选择该工作方式，并可以自动清除其他任何不相容的工作方式。如果系统满足该方式的工作所需的所有条件，则方式按钮中信号器指示灯就会燃亮。方式按钮是连锁的，在同一时刻只有相兼容的工作方式可以同时起作用。如果没有选择垂直方式时，自动驾驶仪就会进入垂直速度保持或者俯仰保持的基本工作方式。如果没有选择横向方式时，自动驾驶仪就会进入横滚保持的基本工作方式。
（3）飞行控制计算机。
飞行控制计算机主要用于偏航阻尼器/自动驾驶仪的计算及左、右驾驶员飞行指引的计算，并且提供直接的副翼、升降舵以及方向舵控制和升降舵调整片的控制。双舵机放大器和双通道的数字提供全部三轴和升降舵配平以及故障消极保护功能的控制。独立的计算通道用于保证左驾驶员的飞行指引功能和右驾驶员的功能相隔离。通过在每个通道内使用两个不同的处理器和语言增强了不同的余度监控技术。
（4）飞行控制舵机。
飞机控制舵机和舵机的支座组成的机构主要用于提供飞机主舵面（副翼、升降舵以及方向舵）和升降舵调整片定位，这是一个精确的驱动机构。飞行控制舵机是由一个测速电机、直流电动机、齿轮链以及啮合离合器组成。舵机支座由一个将舵机连接到飞机舵面的鼓轮（链轮）以及一个超控安全滑动离合器组成。测速电机的激励电源是由飞控计算机提供，将双通道的舵机速率信号反馈到飞控计算机中进行监控，用于确保故障消极保护的功能操作。啮合离合器电源由自动驾驶仪板提供，并由接通杆电路来接通或断开。
（5）舵机钢索。
舵机钢索用来连接飞行控制舵机和操纵系统，将舵机的操纵动作传动到舵面上。
3 MA600飞机自动驾驶仪典型故障分析
2014年，国内某架MA600飞机机组反映，飞机空中自动驾驶仪接通，当飞机的空速超过180海里时，飞机出现了横向摆动，脱开自动驾驶仪，进行人工操纵飞机，摆动情况就消除。
地面通电检查自动驾驶系统工作正常，该故障无法再现。进入自动驾驶仪诊断方式，报告方式显示：REPAIR CODE左右通道均有“000021”的故障代码。查询手册含义为CPU和IO CPU，说明为检测到飞行控制计算机内部错误。怀疑飞行控制计算机故障。更换飞行控制计算机，地面通电自驾系统工作正常，诊断方式故障代码也消除。飞行后，机组反映故障仍然存在。通电检查，诊断方式故障代码“000021”再次出现。恢复原来的飞行控制计算机，通电故障代码消失，怀疑是由于方向舵机卡阻，更换方向舵机。同时测量方向舵机钢索张力在手册规定范围内。再次飞行后向机组了解情况，故障现象依然存在（通电无故障代码）。将更换下的方向舵舵机安装于副翼舵机位置，并测量副翼舵机钢索张力在手册规定范围内。测试飞行，故障现象不变（通电无故障代码）。恢复原来副翼舵机，再次测量飞行控制计算机到方向舵机、副翼舵机之间的线路，线路导通及绝缘均良好。机械方面也对方向舵和副翼操纵系统进行检查，无异常。飞行过程中，机组反映摆动现象依然存在。
后期飞机厂家派技术人员，对整个自驾系统各部件检查，检查发现方向舵调整片拉杆的链接轴承安装间隙过大，重新进行安装，并调整各舵机钢索张力，后期验证飞行后该故障消失。
4 故障分析
（1）飞机方向舵调整片拉杆的链接轴承安装不正确，间隙过大，在飞机大速度下方向舵调整片摆动，造成方向舵摆动，自动驾驶系统不断调整造成飞机摆动。
（2）舵机钢索张力不正确，也会造成舵面摆动造成飞机摆动。
（3）国产MA600飞机自动驾驶仪所用的舵机力矩较小，适用于小型号的飞机，然而MA600飞机舵面太大，舵机带动舵面困难，也可能是飞机高速飞行时飞机摆动的原因之一。
5 结语
本文概括地介绍了自动驾驶系统的发展，简单介绍了国产MA600飞机自动驾驶系统组成和基本功用，讨论了自动驾驶系统各组成部件的工作原理；并针对国内某架MA600飞机一起自动驾驶仪系统的典型故障进行介绍和分析。通过对MA600自動驾驶仪系统组成和原理的阐述，以及一起典型故障的分析，可以提高维修人员对该系统的认知以及排除相关故障的能力，对降低维护成本、保证飞行安全有着重要意义。
参考文献
[1]MA600飞机维护手册（R23）中航工业西飞工业有限责任公司[Z].
[2]MA600飞机线路手册（R11）中航工业西飞工业有限责任公司[Z].
[3]MA600飞机故障分析手册（R07）中航工业西飞工业有限责任公司[Z].endprint
