某型飞行模拟机操纵负荷系统典型故障分析与排除

摘要：以某型A320全动飞行模拟机液压操纵负荷系统为研究对象，对刹车系统加载组件漏油及抖动故障进行深入分析，找到故障产生的根本原因并排除。通过模拟机鉴定测试指南对排除结果进行验证，对维护工作提出改进措施。

关键词：飞行模拟机；操纵负荷；加载组件；鉴定测试指南；数字飞行控制

Keywords：flight simulator；control loading；load unit；QTG；DFC

0 引言

操纵负荷系统是飞行模拟机的重要组成部分，为飞行员提供方向舵、刹车等飞行控制部件的仿真操纵负荷效果，包括力、位置等。因此，操纵负荷系统的仿真性、稳定性等操纵品质直接影响飞行训练的效果。在民航局发布的规章CCAR 60-R1《飞行模拟训练设备管理和运行规则》及相关咨询通告中，对飞行模拟机操纵负荷系统的操纵品质有明确要求。该系统是局方鉴定飞行模拟机是否满足相应性能等级的重点。

1 故障现象

对某型A320全动飞行模拟机进行检查，发现右侧刹车踏板液压加载组件存在漏油现象，同时该组件作动筒持续轻微抖动。操纵负荷系统液压卸载后抖动消失。重新加载操纵负荷系统，抖动仍然存在。通过人工踩压该刹车踏板进行主观测试，未感觉明显异常；根据模拟机鉴定测试指南（QTG）对刹车系统相关项目进行客观测试，结果显示刹车压力正常，但踏板力略微超差。

2 系统工作原理

该型飞行模拟机液压操纵负荷系统包括方向舵、刹车、应急起落架、安定面配平等子系统。刹车子系统的机械结构由刹车踏板、连杆机构与加载组件组成（见图1）。加载组件包括液压作动筒、伺服阀、位置传感器、力传感器等部分，用于模拟真实飞机的刹车系统执行机构，帮助刹车踏板实现踏板力及位置等操纵负荷效果。

如图2所示，当飞行员踩压刹车踏板时，踏板力通过连杆机构作用至加载组件（Load Unit）。加载组件上的力（MT1）和位置传感器（LT1）将得到的模拟信号经缓冲器（Buffer Unit）缩放后，通过数模转换板（ADIO）转换为数字信号，再发送至浮点运动控制板（FPMC）。浮点运动控制板将输入的力信号通过内置的飞行控制仿真数学模型进行计算，得到期望位置信号，并与输入的实际位置信号进行比较，根据二者的差值计算出伺服阀的数字控制信号。该控制信号经数模转换和缓冲后驱动伺服阀（L1），使作动筒运动，从而带动刹车踏板移动到期望的位置。新的实际位置信号再次与期望位置信号比较，计算新的伺服阀控制信号，如此反复，直到实际位置为期望位置。

3 故障分类

通过对刹车操纵负荷系统机械结构及工作原理进行分析，结合日常维护经验，可将其常见故障按来源分为硬件故障和软件故障，详细分类见表1。

4 故障分析及排除过程

4.1 故障分析

该故障可分解为三类操纵负荷系统的典型故障：作动筒抖动、作动筒漏油和踏板力超差。正常状态时，刹车系统加载组件的作动筒应保持静止，只在踏板被踩压时移动。而该组件由于某种原因持续抖动，进而造成漏油。检查刹车踏板、连杆及加载组件连接正常无卡阻，各类电路板、线缆、插头等均固定牢靠，无接触不良现象。由于刹车功能基本正常，可排除各部件完全失效的情况。进一步分析发现，较大可能的原因是刹车系统由于长期使用，机械过度磨损及电路老化等因素造成力偏移及摩擦力变化、传感器参数失真，破坏了伺服回路的平衡。一方面使踏板力超差，一方面使作動筒不能稳定在期望位置而发生抖动。长期抖动造成作动筒磨损加剧，从而发生漏油。

4.2 故障排除

由于加载组件漏油较为严重，只能更换。根据飞行模拟机维护手册，操纵负荷系统更换部件后，应根据所换的部件进行相应的调节（见表2）。调节必须严格按照手册的顺序和标准进行，做到细致而准确，必要时应反复调节以达到最佳效果。如果换件后不作调节或调节不到位，会使操纵品质下降，甚至发生抖动、卡阻等严重问题。从表2可知，更换加载组件后，应完成除传感器检查以外的所有调节。

调节是通过数字飞行控制软件DFC（Digital Flight Controls）进行的，该软件可对操纵负荷系统的各通道（刹车等子系统）进行变量监控和参数设置，常用的模块包括TUNE和 CALIBRATION等。其中，TUNE用于监控伺服控制器变量和调节伺服回路参数；CALIBRATION用于校准从加载组件到飞行员操纵部件（如踏板）的力和位置信号。

4.3 结果测试及验证

1）主观测试及验证

完成调节后，保存调节结果，重新装载模拟机，对刹车系统进行人工主观检查。观察刹车踏板、连杆机构及加载组件，无异常抖动。缓慢踩压及松开踏板，感觉整个行程踏板力正常，无抖动、卡阻等现象。

2）客观测试及验证

运行QTG测试，对刹车系统操纵品质进行客观评估。主观测试存在各人感受不同的问题，需结合客观测试进行验证。QTG是民航局鉴定模拟机时使用的主要评估方式之一，其采取定量分析方式，能反映模拟机性能的细微变化。根据《飞机飞行模拟机鉴定性能标准》，对刹车系统操纵品质的静态操纵进行检查，需要测试刹车踏板位置与踏板力和刹车系统压力的关系，其中踏板力的容差为±2.22daN（5磅）或±10%。运行相应测试项，对比刹车踏板位置与踏板力（见图3），可以看出：调节前，踩压踏板时，实测踏板力略大于参考的飞机数据；松开踏板时，实测踏板力整体偏低，尤其在12？位置附近已超差。在这种情况下，训练可能对飞行员造成负面影响。调节后，踏板力在踩压和松开踏板的各个位置均与参考的飞机数据高度匹配，表明刹车系统的静态操纵品质符合鉴定性能标准，满足训练需求。

5 维护改进措施

综上所述，该故障是由操纵负荷系统自身的过度磨损及老化引起的，但也与检查不够仔细、调节不及时等有一定关系。为保证飞行模拟机操纵负荷系统持续稳定运行，除应严格按照维护手册进行维护外，还需注意以下三点，及时发现故障的早期征兆，将故障消除在萌芽状态。

1）增加检查广度和深度

从位置方面，检查不能局限于飞行员操纵端，还应深入机身内部，检查连杆机构及加载组件；从方式方面，除了目视，还应通过耳听（是否有异常噪音）、手触（是否有异常抖动或发热）及鼻嗅（是否有异味）等方式，进行深入细致的检查。在本案例中，先发现漏油，进一步检查才发现抖动问题。虽然存在组件抖动小、脚踏不敏感、位置不便检查等客观因素，但如果检查足够仔细，早发现抖动、早调节，可有效延长组件寿命。

2）善用QTG测试

维护人员应会判读并应用QTG测试结果定位故障和制定维修方案。判读时，与局方认可的主鉴定测试指南（MQTG）及上次的QTG结果进行对比，检查是否超差，必要时对相应的硬软件进行专项检查，根据检查结果及时维修或调节。对于关键参数，即使未超差，如果在最近几次测试中该参数不断恶化，应给予重点关注。通常需运行QTG测试的情况有：

a.按局方要求每年完成所有QTG测试，并在定期鉴定时完成抽查QTG测试；

b.在主观测试或其他检查中怀疑系统有问题时，运行QTG测试进行验证；

c.换件或调节前后，运行相关QTG测试，对比结果以验证系统操纵品质变化。

3）及时进行硬软件调节

操纵负荷系统在长期使用中，由于机械磨损、电路老化等原因，造成稳定性及仿真性不断变差，其中最容易变化的是力偏移及机械摩擦。维护工作中，应根据日常及定期检查结果，及时对操纵负荷系统进行相应的硬软件调节，以持续保持其操纵品质，保证飞行训练质量，还可减少系统的进一步磨损，降本增效。

参考文献

[1]中国民用航空局.飞行模拟训练设备管理和运行规则[Z]. 2019.

[2]中国民用航空局飞行标准司.飞机飞行模拟机鉴定性能标准[S]. 2019.

[3] CAE Inc.A320 Full Flight Simulator Maintenance Manual-Control Loading [Z]. 2013.

作者簡介

杨红建，工程师，主要从事飞行模拟机维修及运行管理工作。

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