智能探头式大气机指示空速超差问题分析与处理

智能探头式大气机指示空速超差问题分析与处理

谢正中

中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西省西安市710089

【摘  要】本文针对指示空速超差问题，从智能探头式大气机结构组成、工作原理、逻辑算法等方面开展分析研究，结合检测、试验等手段，定位了超差原因、制定了改进措施，为智能探头式大气机指示空速超差问题的排除提供了思路与经验。

【关键词】探头式  大气机  指示空速 空速管 滴水孔

1. 引言

智能探头式大气数据计算机将传统大气数据系统的受感器与计算机进行了集成，取消了传统大气机系统的导气管，系统体积、重量大大降低，在新式飞机中得到了广泛应用。装备有智能探头式大气机数据计算机的飞机，在飞行过程中发生右侧智能探头式大气数据计算机比左侧指示空速大约 6 km/h～7km/h，影响飞行员判断飞机空速状态。

2. 系统组成及工作原理

2.1 系统组成及工作原理

智能探头式大气数据计算机组成包括以下部分：总压压力传感器、静压压力传感器、上表面压力传感器、下表面压力传感器、加我监控和电磁脉冲防护组合、电源组合、信号处理组合、重要处理机组合、机箱结构、空速管。根据系统设计余度，一架飞机设置多个智能探头式大气数据计算机，采取对称布置。

2.2指示空速的解算原理

大气机通过空速管感受外部流场的总压与静压，并通过内部气路将压力传 递至压力传感器，经压力传感器采集并转化为压力频率信号和温度频率信号，再送至中央处理机组合频/数（F/D）转换模块转换为数字量，供CPU读取并解算出总压Pt和静压Ps，按照公式1计算得到动压 Qc。

Qc=Pt - Ps                         （公式 1）

按照 HB6127《飞行大气参数》中动压与指示空速的关系式，可解算出指示空速Vi。当 M≤1 时：

Qc=Pn*（（1+（（k-1）/2）*（Vi/Cn）2）k/（k-1）-1）     （公式 2）

式中：Qc—动压，单位 kPa；Vi—指示空速，单位 km/h； Pn=101.325kPa； k=1.4（绝热指数）；Cn=1225.0584km/h（海平面标准声速）。

3. 问题定位与排除

发生故障后，通过换件处理及研制，定位为右侧大气机指示空速异常偏大。 根据指示空速的解算原理，指示空速异常偏大的故障树如图 1 。

图1 指示空速异常偏大故障树

a）G2“大气机静压超差”、G3“大气机静压、 总压均超差”

为避免飞机侧滑带来的左右局部静压差异，通过总线交互静压参数，进行平均后计算气压高度、指示空速等参数，因此左右两侧大气机用于指示空速计算的静压相等，可排除 G2、G3。

b） G4“大气机总压超差”

对比右侧大气机和左侧大气机的总压数据，发现在故障架次，右侧大气机总压比左侧总压偏大 200Pa以上，因此将故障定位到 G4。

针对G4分析形成故障树如图2。

图2 右侧大气机总压超差故障树

a） G4-X1“压力传感器故障”和 G4-X2“F/D 转换故障”

故障件返厂后进行故障件总压精度测试，故障件输出的静压、总压、指示空速等参数均满足要求，因此可排除底事件 G4-X1和 G4-X2。

b）G4-X3“软件解算故障”

检查出厂验收记录，其软件版本一致，出厂后无软件更改记录，两台产品均灌装相同版本的软件，同时根据返厂性能结果，可排除 G4-X3。

c）G4-X4“空速管感受总压偏大”

通过风洞试验数据，故障件的空速管总压误差系数不满足验收大纲要求，总压误差系数 偏小，即空速管感受到的总压偏大。因此，故障可定位到 G4-X4。

最终，经对空速管总压偏大原因排查，定位为空速管上、下滴水孔中的下滴水孔存在絮（丝）状物杂质， 造成下滴水孔堵塞，导致右侧空速管总压测量值偏大。异物被吹出后，对故障空速管开展了空气流量检测和风洞试验，故障空速管上下滴水孔的空气流量基本一致、总压误差系数与左侧空速管基本一致，满足空速管验收要求。

综上所述，右侧大气机总压偏大故障是由其空速管滴水孔被异物堵塞造成。

4. 总结

根据空速管内部气路结构，当有相对气流运动时，总压腔中的压力受空速影响会大于静止大气压力，滴水孔内外存在压力差，从总压孔口进入的一小部分气流会通过后端滴水孔排出，从而排除水汽及杂质，滴水孔的存在不可避免的导致了部分总压损失，因此在一 般情况下，探头的总压感受要小于来流总压。

在内部管路直径一致以及滴水孔一致的情况下，各个大气机空速管之间的总压损失保持 一致，即总压误差系数一致，通过试飞校准，可以对其中的固定误差进行补偿，实现大气参数的精确测量。

在本次故障中，右侧大气机的空速管滴水孔被异物堵塞，由滴水孔排出的总压气流会减 少，管路内部流速变慢，减少了总压损失，使得总压感受值将高于左侧大气机，根据公式 1 和公式 2，右侧大气机计算得到的指示空速将大于左侧大气机。建议在外场维护时，避免滴水孔进入异物，并定期检查空速管滴水孔是否有异物堵塞的情况。