超短波定向机电源系统故障分析

乔振磊　马烁甫姜露

摘 要：针对某型飞机机载设备超短波定向机机上报故问题进行了深入分析，从定向机的基本组成和工作原理出发，针对故障现象和特点，开展故障原因分析，得出了相应的结论，并提出了测试项目改进及设备改进的有效建议，对于保证产品维修质量起到了至关重要的作用。

关键词：定向机；电源系统；过压保护；故障分析

引言：在某型飞机机载设备超短波定向机试验过程中发现，在内场检测良好，在外场机上试验过程中不工作。这类故障隐蔽性强，使排故人员无从下手。针对故障现象和特点，通过对检测设备、产品本身、飞机试验环境等多方面原因的分析，判断为定向机本身问题。本文从定向机工作原理入手，提出了一套合理有效的排故思路，完善了检测方法，大幅度降低了该类产品的故障率。

一、定向机概述

超短波定向机用于接收VHF/UHF频段的垂直极化信号，并提供其相关的方位信息。它与VHF/UHF频段的调幅接收机和相应的方位显示系统一起，共同完成自动定向功能。主要用于航空救生的搜索和寻找、空中加油、辅助归航和空中会合等任务。

（一）组成及功能概述。超短波定向机与VHF/UHF频段的调幅接收机共同组成自动定向系统，如图1所示。由调幅接收机与定向机协同工作，实现自动定向功能。通过显示器来显示飞机相对搜索目标的方位信息。

由发射源（目标）方位来的射频信号，被定向天线接收；该信号经定向机调制处理和前置放大后送到超短波电台进行选择、变换、放大和第一次解调（检波），并输出带方位信息的视频信号加到定向机，经放大和解调（鉴相）处理，解算出方位信号，并经伺服放大后驱动伺服电机带动同步发送器输出三相模拟方位。

（二）定向机原理概述。超短波定向机是采用比幅定向技术的无线电导航设备，比幅定向技术是利用在相差180°的两个心型方向性图以比较信号的大小来确定信号进入的方位角。定向机是利用本身的定向天线方向性呈心型的特点，并借助电子开关以一定的速率转换定向天线的馈电端和终端负载，以获取两个在相位上互差180°的心型方向性图。方向性图相交的两点称之为等强信号点。通过等强信号点的连接轴称为定向天线的零轴，一般在飞机上安装定向天线时天线零轴必须与飞机纵轴线相重合，这样当地面或空中无线电台发射无线电波的来向，对准飞机纵轴方向时，定向天线不产生方位信息，而当电波来向偏离飞机纵轴方向时，定向天线将产生方位信息。方位信息的大小与偏离角度成正比，且将无线电波变为受方位信息调制的调幅波。然后送至接收设备及自动定向电路经过一系列变换再去控制定向天线以自动跟踪电波来向，并由具有同步连接的航向指示器指示出来。飞行员可根据指示器的指示不断校正飞行航向。

（三）定向机主要功能电路概述。（1）电源电路。电源电路是由开关三极管组成的复合型开关电路和过压保护电路组成。如图2所示，1C1，1C2，1L1组成滤波电路对输入的﹢27V电压滤波，1R1是限流电阻，1V1是防浪涌二极管。1V3为滤波电容。由1V6，1V7两只开关三极管组成，复合型开关电路，为自动定向电路提供﹢27V电压；由1V18，1V19两只开关三极管组成复合型开关电路，

为内接收机提供﹢27V电压。由1C8，1C9，1L2，1C14，

1C15，1L3组成的滤波电路对控制信号滤波。采用复合型开关电路，可以用较小的基极电流Ib2（约8mA）去控制较大的负载电流（700mA）。1V5和1V17二极管为负脉冲提供通路。（2）定向保护电路。当机载超短波电台发射时，即发射保护接地，此时通过1V3、1V1分别控制1V4、1V16导通，使1V6、1V7、1V18、1V19截止，均无电压输出，定向机、定向天线无电压，从而保护定向机。（3）过压保护电路。当输出电压大于30V时，由1V21、1V22、1V23、1V24、1V25、1V26组成的过压保护电路，使1V26导通到地，通过1V2、1V15分别控制1V4、1V16导通，使1V6、1V7、1V18、1V19截止，均无电压输出，定向机、定向天线无电压，从而保护定向机。

二、定向机故障检测

（一）产品主要性能检测。（1）定向灵敏度。在射频垂直极化场（调制或非调制）中，定向灵敏度不大于50μV/m。（2）等效灵敏度。在正常测试条件下，等效灵敏度不大于10 μV。（3）定向精度。在正常测试条件下，0°-360°范围内每隔45°点上的相对偏差应不大于±10°，在该八个点的有效偏差应不大于

3.5°。在飞行条件下，上述两值应不大于±10°及7°。（4）阻塞电平：不小于40mV。（5）过冲。在自动定向时，指示器指针过冲不大于15°。（6）摆动。在自动定向时，指示器指针摆动不大于±3°。（7）电源。直流27V；交流115V（400 MHz）。在内场应用测试设备，对以上性能参数进行测试，发现产品工作正常，性能合格。

（二）产品电源系统深度剖析。在定向机内部设有电源开关电路。定向机内部共有+27V、+15V两种直流电压。+27电压经开关电路直接取自飞机电源，定向机内部还使用单相115V交流电压，它直接取自飞机电源。

定向机内部有电源模块、接收模块、频合模块、自动定向模块等几部分组成。由电源模块给其他模块提供工作电源，各个模块联合工作，实现定向机整体功能。电源模块内部有专门的过压保护电路，当输入电压超过过压保护的电压值后，电路过压保护，电源系统无输出电压，定向机不工作。

过压保护模块原路图如图3所示。

三、故障排除

针对产品在内场检测合格，但是机上试验不工作的情况，首先怀疑为产品问题，多次更换定向机后，发现部分定向机工作正常，部分定向机仍无法工作。将不工作的定向机在内场多次检测试验之后，并未发现问题，后怀疑为产品与飞机的匹配问题。以此定性并不能根本解决问题，又开展飞机试验环境的检测工作，经全面排查之后，发现飞机本身试验环境基本无问题。最终将问题放在飞机的供电系统上，发现飞机地面试验并不是每次都开车，由飞机本身电源系统供电，而是应用的地面电源车。本应为27V正常供电，但是，当飞机上接通的机载设备较少时，电源车供电电压较高，有时甚至高于30V。前期，已对产品电源系统做了深入分析，产品本身有过压保护模块，电源车输出的供电电压高于了产品的过压保护电压，导致定向机电源系统过压保护，使电源系统没有电源输出，定向机无法正常工作。

四、故障分析

产品电源系统设有过压保护模块，一但供电电压高于过压保护电压，电源系统将无法输出正常的供电电压，使产品无法正常工作，功能无法实现。内场测

试一般供电电压为27V，而外场试验采用的地面电源车供电往往无法保证准确的供电电压，存在一定的偏差，当电压较高时导致了产品电源系统的过压保护。内场在测试过程中，缺少产品过压保护电压的检测环节，不确定产品的过压保护电压值为多少，若有此检测环节，将过压保护电压调节到30V，并保证电源车正常供电，就可以避免问题的发生。

五、模拟试验及验证结果

根据故障现象及排查情况，对机上试验无法工作的定向机进行调整。将定向机内部电源系统的过压保护电压调节至30V，再次装机试验，发现定向机可正常工作。因此，根据试验结果综合分析，该故障的主要原因是定向机修理过程中缺少过压保护电压项目监测与调节。部分定向机的过压保护电压偏低，当供电电压高于过压保护电压时，电源系统处于过压保护状态，没有电压输出，导致定向机无法正常工作。

六、措施与建议

在定向机大修过程中，增设电源部分过压保护电压检测环节，将产品的过压保护电压调节至30V。另外对内场检测设备进行扩展、升级，进一步完善测试项目及测试方法。

（一）设备改进关键技术简述。（1） 使用（15-35）V内置可调电源，为产品提供精准、稳定的供电，实现产品的过压保护电压检查功能。（2）使用实时监控技术，可实时监控产品工作电压及电流等参数，保证检测项目符合技术要求。（3）使用内置可调电源，增加ADF控制和发射控制功能，增加电源隔离器，使测试功能更加完善。

扩展改进设备面板图如图4所示。

总结：近年来，随着国家武器装备的更新换代，装备于军用飞机上的电子通讯设备日趋先进，对于飞机稳定性和作战能力的提升起到了至关重要的作用。面对电子产品故障较多的局面，需要发现问题，深入分析，从产品原理上着手，精确定位，找出故障根本原因，才能提出合理有效的解决办法。

参考文献：

[1] 严东超主编. 飞机供电系统[J].北京：国防工业出版社，2010.