无线电罗盘故障分析

无线电罗盘故障分析

张媛媛

中航西安飞机工业集团股份有限公司   

【摘要】：在外场试验时发现，无线电罗盘指针时有时无或无指向功能。针对此种现象，本文对无线电罗盘系统进行了详细的研究，并对故障排查过程进行了分析与总结，给出了改进意见。

【关键词】：  罗盘  信号  射频线缆  故障

1.引言：

  外场实验及飞行过程中出现无线电罗盘信号不稳定、定向指针摆动角度过大、无法定向等问题。

2.系统工作原理：

  无线电罗盘是工作在中长波的机载近程导航设备，是一台超外差式接收机。它具有“收讯”和“罗盘”(自动定向)两种工作方式。在“收讯”方式，它接收导航台或中长波调幅电台信号，输出音频信号；在“罗盘”方式，给出飞机纵轴相对导航台的方位，同时输出音频信号，引导飞机在航线上或进场飞行。

完成无线电罗盘功能需接收机、配套天线、机载CNS、音频设备、备份仪表及连接电缆等如图1所示。

图1 系统结构简图

无线电罗盘原理框图如图2所示，无线电罗盘系统由罗盘地面导航台和机载无线电罗盘设备组成。机载设备由2部接收机、2部组合天线及2根射频电缆组成。

接收机内的信号处理将调制信号发送至组合天线，与组合天线接收到的导航台信号进行调制输出射频信号，射频信号由机上电缆传输至接收机的信道内进行混频、滤波、放大等形成中频信号，经过检波输出含有方位信息的基带信号，在信号处理内与基准相位“比相”，解算出罗盘方位。

图2 无线电罗盘原理框图

组合天线中垂直天线采用电容性的无方向性天线，收到的信号经过低通滤波器滤波、放大器放大后传输到迭加变压器；环天线是由两个相互垂直的线圈构成，接收到信号分别经过低噪声放大器放大、平衡调制器调制并叠加。组合后的环信号经移相网络移相90°、环放大器放大后传输到迭加变压器，迭加变压器将所加垂直信号和环信号迭加生成一个带有方位信息的射频信号送给接收机，并通过迭加变压器进行阻抗变换实现阻抗匹配。

3.建立故障树及故障分析：

3.1建立故障树

根据记录视频的结果，并依据无线电罗盘工作原理和组成，对罗盘不定向故障部位进行分析，形成如图3所示的故障树。

3.2.故障分析：

子事件X1，更换了组合天线，故障未消失；将换下的组合天线进行了检测，组合天线指标正常。因此，可以排除组合天线故障。

子事件X2，将1号位罗盘接收机与2号位罗盘接收机互换位置，故障现象不随接收机交换进行迁移。因此，排除接收机故障。

图3  故障树

子事件X3，现场对故障罗盘天线端电缆插头进行拆解，去掉尾夹保险丝，松开尾夹，发现射频电缆线芯（A脚）已经脱落并翘出尾夹。

根据罗盘天线线缆接口设计，若某根组合天线与接收机之间连接电缆脱落时，则会导致以下后果：

a）若A脚脱落时,则会导致罗盘不定向或方位无规律摆动；

b）若J、K、H、B脚均脱落时，则会导致罗盘灵敏度下降，作用距离近；

c）若D脚脱落时，则会导致罗盘除90°和270°外不能正确指示；

d）若F脚脱落时，则会导致罗盘除0°和180°外不能正确指示；

e）若G脚脱落时，则会导致组合天线不工作，罗盘不定向；

f）若C脚脱落时，则会导致组合天线只能工作在收讯状态（异常），接收机工作在定向状态时方位无规律摆动；

g）若E脚脱落时，则会导致罗盘灵敏度下降，作用距离近。

机上故障现象符合设计逻辑，故定位为X3射频电缆故障。

4.机理分析：

  通过检查射频电缆线芯，A脚射频电缆线芯已经翘出尾夹，如图4所示，J脚、K脚、H脚、B脚安装的射频电缆屏蔽网线应该有1根以上脱落A脚射频电缆线芯才能出现翘出尾夹的情况，询问现场服务人员，A脚引线脱落时，接地H脚、B脚安装的射频电缆屏蔽网线及G脚、C脚安装的双绞屏蔽线也有损伤和脱落，对多根接地脚及G脚、C脚双绞屏蔽线的损伤和脱落情况分析，结合射频电缆脱落面比较整齐的状态，可以判定线缆脱落是疲劳损伤造成。

图4 电缆插头引脚图                   图5  电缆插头结构示意图

由图4可以看出，B脚、C脚、D脚、F脚、G脚、H脚安装的射频电缆和双绞屏蔽线相对其它引脚均在插头的最外层，B脚、H脚安装的射频电缆屏蔽网线为接地脚，损伤不易发现，F脚安装双绞屏蔽线脱落且脱落面比较平整，可以判定双绞屏蔽线脱落是疲劳损伤造成。

对于线芯脱落首先检查其对接插头，该插头曾因外场维护时罗盘电缆旋入、旋出组合天线操作空间小，电缆旋入、旋出组合天线操作困难对此进行了改进换型，新型插头增长了旋柄。如图5所示。

插头的改进仅对旋柄进行了改进，插头本体长度、尾夹尺寸均未变化，由于旋柄的增长，插针基本不能露出旋柄部位，焊接线缆难度增大。插头旋柄加长后，旋柄部位与尾夹固定部位间隙变短，增大了旋转旋柄时带动尾夹旋转的风险。

飞机上操作空间有限，在飞机天线和接收机的安装过程，需要将电缆插头旋入、旋出组合天线，并在装机后校罗差的过程中多次将电缆插头旋入、旋出组合天线。按插头装配要求，在电缆插头的旋出和旋入过程中只能旋转插头旋柄，不能旋转插头尾夹；如果电缆插头在旋出、旋入过程中，旋转旋柄时连带旋转了插头尾夹就容易造成电缆线芯的损伤。

电缆线芯出现损伤的原因为：电缆插头旋柄加长后，工艺设计时未能识别出电缆使用风险，未采取必要的工艺防松措施，使得电缆在使用过程中，存在损伤双绞屏蔽线或射频电缆的问题，在经过一段时间的飞行及环境、机械应力作用后造成电缆线芯脱落，导致罗盘不定向。

5.改进及总结:

以上析进行了模拟实验，安装过程旋转电缆插头尾夹安装，经过多次操作次试验后，测试发现线缆B脚不导通，将插头拆解后检查，发现B脚射频电缆接地线脱落，验证得出结论，电缆线芯损伤和脱落是由于插头旋入、旋出组合天线操作时旋转了插头尾夹造成。

针对此类问题进行以下改进：

a）为有效防止旋转尾夹对线缆的损伤，对射频电缆进行加套双壁热缩套管，避免尾夹松动，造成线缆相对尾夹出现扭动进而造成电缆的损伤；也避免由尾夹出线位置直接弯曲电缆，造成电缆的损伤。

b）在尾夹螺纹结合处涂敷螺纹锁固胶对尾夹进行加强固定。