某型无线电高度表测高不稳定故障分析研究

钟志军，邹文，张雪婷

（1.西北工业大学，陕西 西安 710068；2.国营四达机械制造公司，陕西 咸阳 712200）

0 引言

无线电高度表用于测量飞机距离地面的相对高度，向飞行员提供符合精度要求的稳定的高度信息。飞行过程中，无线电高度表无法稳定、正确地显示离地高度，将会给飞行安全带来巨大隐患。测高过程中有两种状态，一是跟踪状态，在高度表测高范围内，高度表应能测量并显示飞机距地面或水面的真实高度；二是搜索状态，超出高度表的测高范围或高度表接收机未检测到回波信号时，高度表无法给予正常的高度值[1]。在测高范围内，无线电高度表出现高度不连续且不符合飞行实际高度显示的现象，即为无线电高度表测高不稳。

1 基本情况

某型飞机接装和试飞时，空地勤反映飞机在地面出现高度显示“FFFF、16 m、23 m、24 m、25 m”、“485 通信故障”，飞行中出现高度显示“0 m”、“1 m”、“26 m”或“FFFF”等测高不稳现象，影响正常飞行任务。

2 故障统计

根据厂内维修排故情况分析，报“无线电高度表故障”主要是元器件失效引起；报“485通信故障”有2 起是三极管和检波器失效，其余是电源模块、电容、保险丝（均为电源电路中的器件）等器件失效引起；空中和地面均显示“FFFF 故障”主要是离散器件失效或器件调整不到位引起；地面显示异常高度为16 m、23 m、24 m、25 m 主要是返厂检查无故障或器件调整不到位。

综合来看，某型无线电高度表故障原因主要有三种：一是电源电路器件失效；二是离散器件失效；三是无故障及器件调整不到位。其中，因电源电路器件失效25 起，这些器件重复失效，占比为46%，且故障现象中“地面显示异常高度为16 m、23 m、24 m、25 m”反复发生，占比为6%，以下主要针对这两种问题进行分析。

3 分析与排查

1）电源电路器件失效。某型无线电高度表电源由飞机提供，通过飞机低频电缆进入收发机后经过变压器、保险丝、桥式整流器、EMI滤波器，转变为直流28 V 电源输出给电源板，电源隔离板电路图如图1 所示。

图1 电源隔离板电路图

从电源隔离板输出的直流28 V 电源输入电源板后分成三路，经电容（C7 ～C10）和电感（L3、L4）滤波后输入到DC-DC 电源模块。DC-DC 电源模块将直流28 V 转换为高度表需要的±12 V、±15 V、+5 V 直流电压，三路电源模块输入端滤波电路相同，其中一路电路图见图2，图中C7、C9 是CAK41 型电容。

图2 电源板部分电路图

对故障件进行检查，发现基本失效的 器 件 有：WR24D12/250A 电 源 模 块、WR24S5/1200A 电 源 模 块、WR24D15/200 电源 模块、QL101T0J 整 流 桥、CD11 型 电 容、CAK41 型电容。对这些器件的质量、性能参数、使用情况逐一进行分析。

某型无线电高度表正常工作情况下，交流115 V 经变压整流后，输出的直流电压最高为30 V，直流电流为1.8 A。整流桥QL101-10J 的反向电压为100 V，降额值为0.3，允许的最大电流为8 A，降额值为0.225，根据GJB/Z 35-93《元器件降额准则》中要求，二极管的反向电压降额准则为0.6 ～0.7，电流降额准则为0.5 ～0.65[2]，满足国军标降额值为0.6，CAK41 型电容的耐压值为63 的要求；CD11型电容的耐压值为50 V，降额值为0.5，根据GJB/Z 35-93《元器件降额准则》中要求，电容的降额准则为0.5 ～0.7，满足国军标的要求；WR24D12/250A 电源模块、WR24S5/1200A 电源模块、WR24D15/200A 电源模块的输入电压范围是18 V ～36 V，满足某型无线电高度表的要求。因此,可以排除器件选择不当引起器件失效问题。

CAK41 型电容的质量等级为国军标，WR24D12/250A 电源模块、WR24S5/1200A 电容为工业级，而CD11 型电容是铝电解电容，用于整流滤波电路中，只有工业级，查阅GJB 181A-2003《飞机供电特性》，115 V 交流供电系统的瞬态峰值电压最大为254.5 V[3]，经变压器变压后为57.5 V，此电压可能对电源模块、电容、整流桥等器件产生一定伤害。某型无线电高度表是上世纪末设计的产品，在电路中没有增加保护电路，当交流115 V 上有瞬间大电压时，对电源电路中的器件带来轻微损伤，在长期工作或多次开关机后，某个器件会出现短路或击穿现象，导致电源电路不能正常工作，出现烧保险或报“485 通信故障”问题。

根据以上分析可知，电源电路中器件失效原因主要在于电源上存在尖峰电压，电路中没有形成保护所导致，此外个别器件的质量等级低，可靠性差。

2）地面显示异常高度。无线电高度表是用来测量并指示飞机距地面的真实高度，高度表发射天线向外发射信号，经地面反射后回到接收天线。通过天线发射出的信号在大气中传输，传输中的损耗为自由空间损耗，无线电波自由空间损耗的计算公式如下[4]：

式中，L为发射信号外部空间损耗；G为天线增益系数，取14 dB；X 为射频信号波长，取0.07 m；σo(0)为面反射系数，取-15 dB；H为无线电波的垂直传输距离。

根据上述参数计算某型无线电高度表发射信号外部空间损耗，可得：Lf=41.8+20lgH

飞机停在地面时，空间损耗约为41.8 dB，装机电缆总长约12.6 m，通过计算，电缆衰减为8 dB，至收发机口的总衰减约为49.8 dB。

通过测试故障件零高度状态，当外回路衰减为50 dB 时，混频器WHB2006 输出的差拍信号变为方波，此时高度表有时会跟踪20 m左右高度，当缓慢增大衰减，外回路衰减为63 dB 时，混频器WHB2006 输出的差拍信号为正弦波，此时高度表可以稳定跟踪1 m 高度。由于某型无线电高度表在最初设计时，测量高度为80 m ～15 000 m，并未考虑零高度情况，存在设计不充足现象，飞机停在地面有强反射信号，混频器输出的差拍信号波形失真，导致报错。

4 改进措施

改进措施一：由上述分析可知，电源电路中器件失效主要是由于电源上存在尖峰电压，且电路中没有保护导致，因此需要在变压器前增加瞬态抑制二极管保护后续器件。此外，整流桥QL101-10J 的质量等级较低，需要选用高等级的器件进行替代。考虑在电路中增加保护电路—瞬态抑制二极管5KP220CA；选用四个高等级整流二极管BZ5G 替代整流桥QL101-10J。

改进措施二：某型无线电高度表地面出现异常高度是由于飞机停在地面有强反射信号，混频器输出的差拍信号波形失真导致，需要降低混频器WHB2006 输出的差拍信号幅度来解决。在混频器WHB2006 内部有放大电路，经分析，将差拍信号幅度减小3.7 倍，灵敏度降低11 dB，即可解决地面显示异常高度问题。

改进措施三：在后续生产、检验中，加强操作人员的质量意识，严格执行混频器后级设差拍信号放大电路产品的自检、互检及检验验收要求，仔细检查紧固件的紧固情况。另外，产品调试后，操作人员和检验人员对产品进行检查整理时，也应加强紧固件的检查，防止后续类似问题出现。

5 结语

通过该型无线电高度表测高不稳定故障的研究和故障排除，初步掌握了同类型故障的分析方法、排故流程和修理调试等方法，减少了同类重复性故障的发生，为同类故障修理及排故积累一定的经验。