■ 陳池禮/國營錦江機(jī)器廠

某型直升機(jī)的無線電高度表系統(tǒng)存在問題：在直升機(jī)低高度飛行時，測量顯示的無線電高度值均存在明顯偏小的現(xiàn)象，其中一架飛機(jī)比正常值偏小高達(dá)1.4m左右（即當(dāng)直升機(jī)機(jī)輪離地約2.4m時綜合顯示器顯示的無線電高度值才會由0m變?yōu)?m）。由于無線電高度指示對載機(jī)的飛行與著陸安全非常重要，因此有必要對該現(xiàn)象進(jìn)行深入的分析處理。

1 無線電高度表系統(tǒng)的組成及測量顯示原理

該型直升機(jī)的無線電高度表系統(tǒng)由調(diào)頻連續(xù)波恒差頻式XXX無線電高度表和XXK-XX綜合顯示控制系統(tǒng)（以下簡稱綜顯）共同組成。XXX無線電高度表由XXX無線電高度收發(fā)機(jī)（以下簡稱收發(fā)機(jī)）、發(fā)射與接收天線和發(fā)射與接收電纜組成。綜顯由MFСD多功能顯示器、MFK多功能鍵盤、DСP綜合顯示處理計算機(jī)等組成。

收發(fā)機(jī)負(fù)責(zé)測量載機(jī)相對于其所飛躍地形的真實(shí)高度，并輸出對應(yīng)的高度直流電壓給DСP綜合顯示處理計算機(jī)，經(jīng)其A/D采樣和計算機(jī)軟件處理后，通過RS422總線輸至MFСD多功能顯示器顯示出無線電高度值，如圖1所示。

圖1 無線電高度表系統(tǒng)與綜合顯示控制系統(tǒng)交聯(lián)關(guān)系圖

根據(jù)無線電高度表工作原理，收發(fā)機(jī)通過測量電磁波信號的延遲時間來確定飛行器的相對飛行高度。該延遲時間由兩部份組成，一是與飛行高度成正比的延遲時間Т=2H/С（H為飛行高度，С為電磁波傳播速度3×108m/s），一是收發(fā)機(jī)與收發(fā)天線之間的高頻饋線和停機(jī)時（對固定翼飛機(jī)而言，通常指起落架與跑道剛接觸時）天線離地面高度的延時Тi，也稱為收發(fā)機(jī)的飛機(jī)設(shè)備安裝延時，該值為定值，隨收發(fā)機(jī)的設(shè)計定型而固定。收發(fā)機(jī)內(nèi)部通過特定的電路，輸出與飛行高度成正比的高度直流電壓。即VH＝k（Т-Тi）。

2 收發(fā)機(jī)的技術(shù)要求與實(shí)際裝機(jī)狀態(tài)存在差異

2.1 收發(fā)機(jī)的技術(shù)要求

收發(fā)機(jī)由收發(fā)機(jī)、收發(fā)天線、收發(fā)高頻饋線和托架共同配套組成，全部由承制廠提供。該型無線電高度收發(fā)機(jī)機(jī)載設(shè)備維護(hù)手冊的相關(guān)技術(shù)要求為：

1）飛機(jī)設(shè)備安裝延時8.5 3 4 m（28ft）；

2）高度輸出規(guī)律（線性直流模擬電壓）0～6 0 0 m，U=0.0164H（V）（H單位為m）；

3）測高誤差0～30m范圍內(nèi)為0.6m或3%H，取較大者。

可知：當(dāng)載機(jī)處于停機(jī)狀態(tài)時，收發(fā)機(jī)射頻信號收發(fā)端的時延（等效高度）應(yīng)為4.267m（14ft），輸出的高度電壓應(yīng)為0V，允許的電壓誤差為±9.84mV。

2.2 實(shí)際裝機(jī)狀態(tài)試驗驗證情況

1） 機(jī)上系統(tǒng)閉環(huán)成套試驗

先將收發(fā)機(jī)放在內(nèi)場進(jìn)行性能檢查，在外接28ft延遲線作用下發(fā)現(xiàn)輸出高度電壓與其履歷本最近修理記錄的性能數(shù)據(jù)一致，都為0V，即0m時無誤差。

在機(jī)上無線電高度表系統(tǒng)中并接入Agilent 34401A數(shù)字萬用表，測試收發(fā)機(jī)輸出的高度電壓與綜顯示數(shù)情況，如表1所示。

試驗結(jié)果反映出該機(jī)剩余高度存在-0.73m的誤差，主要原因為機(jī)上高頻饋線和停機(jī)時天線離地高度不夠所致。

2） 機(jī)上系統(tǒng)開環(huán)試驗

采用Agilent E5071С矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，測試該型直升機(jī)的機(jī)上無線電高度表高頻饋電系統(tǒng)（高頻饋線、收發(fā)天線和離地空間）在4.3GHz的時延，如表2所示。

表1 載機(jī)處于正常停機(jī)狀態(tài)下的閉環(huán)成套試驗數(shù)據(jù)

表2 載機(jī)處于正常停機(jī)狀態(tài)下的開環(huán)試驗數(shù)據(jù)

由無線電信號傳輸速度和高度距離關(guān)系有：

23.4ns×0.3m/ns＝7.02m

7.02m－8.534m＝-1.514m

-1.514m÷2＝-0.757m

-0.757m×16.4mV/m＝-12.4mV

可見，兩種試驗方法結(jié)果基本一致，都說明XXX無線電高度收發(fā)機(jī)在該型直升機(jī)上的設(shè)備安裝延時8.534m（28ft）設(shè)計存在-1.5m的較大誤差，使實(shí)際測高增加了-0.75m的誤差。

2.3 異常情況

在機(jī)上閉環(huán)測試收發(fā)機(jī)輸出電壓與綜顯示數(shù)情況的基礎(chǔ)上，分別在機(jī)上收發(fā)機(jī)的收發(fā)高頻饋線接口端串聯(lián)接入28ft（等效高度4.267m）延遲線進(jìn)行試驗，卻出現(xiàn)了異常情況，如表3所示。

根據(jù)高度表工作原理，串聯(lián)接入延遲線后本應(yīng)該是輸出增加該延遲線的等效高度值，但實(shí)際在該機(jī)發(fā)射端串聯(lián)接入延遲線時輸出僅為1.5m，而在接收端串聯(lián)接入延遲線時收發(fā)機(jī)還出現(xiàn)失鎖，表現(xiàn)為不正常。

該收發(fā)機(jī)設(shè)備維護(hù)手冊指標(biāo)規(guī)定，0 m的靈敏度S要求值為：62dB≤S≤72dB；但在參數(shù)調(diào)整中要求調(diào)為67dB。承制廠的出廠數(shù)據(jù)也是67dB，而該產(chǎn)品本次由某公司修理出廠的數(shù)據(jù)為64dB。

表3 載機(jī)處于正常停機(jī)狀態(tài)下串接延遲線試驗情況

表4 高度表無線電波在自由空間測量高度上的傳輸損耗

表5 綜顯理論工作數(shù)據(jù)

根據(jù)工作在4.3GHz的高度表發(fā)射的無線電波在自由空間測量高度上的傳輸損耗（衰減）公式為Lf＝51.13＋20logH（dB），得到表4的計算值。

理論上，當(dāng)高度表的安裝延時和天線增益、連接高頻饋線選定后，高度表的接收增益受高度控制的規(guī)律（靈敏度曲線）也就確定下來，并應(yīng)與無線電波在自由空間測量高度上的傳輸損耗規(guī)律基本相同，這樣才能更有利于測高誤差的控制。

可見，將0 m（安裝剩余高度4.267m）的靈敏度調(diào)整為64dB基本上是理論最低值，而根據(jù)信號傳輸要求和無線電信號反射衰減特性，通常應(yīng)至少增加3dB以提高信噪比和工作可靠性，因此，將維護(hù)手冊要求調(diào)整為67dB才是合理的。

綜上，在收發(fā)機(jī)的收發(fā)端串接延遲線試驗中出現(xiàn)的異常情況應(yīng)是由于該收發(fā)機(jī)的低高度端靈敏度調(diào)整偏低所致：在發(fā)射端串接時，因該端射頻信號功率較大，串接對高度信號的信噪比影響程度小，收發(fā)機(jī)還能跟蹤但測量誤差增大使輸出的高度誤差較大；在接收端串接時，因該端射頻信號功率已經(jīng)很小，再串接時對其信噪比影響較大，致使收發(fā)機(jī)因信噪比過低不能跟蹤導(dǎo)致失鎖。

3 綜顯的無線電高度通道設(shè)計情況

3.1 理論分析

根據(jù)綜顯技術(shù)資料和軟件設(shè)計，綜顯的無線電高度通道設(shè)計情況為：

1）模擬量輸入范圍：0～20V；

2）接口采集模塊狀態(tài)：A/D采樣12位，分辨率4.8828mV（0.298m），A/D模擬轉(zhuǎn)換誤差＜0.1%；

3）組織畫面顯示設(shè)計：高度計算值+0.5后取整顯示（即四舍五入）。

因此，可以推導(dǎo)出綜顯的工作數(shù)據(jù)，如表5所示。

3.2 實(shí)測數(shù)據(jù)分析

采用微調(diào)高分辨率直流穩(wěn)壓電源（Agilent 34401A并聯(lián)監(jiān)測）模擬高度電壓信號方法，得到試驗實(shí)際機(jī)上綜顯的顯示狀態(tài)，如表6所示。

表6 綜顯實(shí)際工作數(shù)據(jù)

可見，實(shí)測數(shù)據(jù)與理論分析基本一致。綜顯實(shí)際性能數(shù)據(jù)更好，應(yīng)是其內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集處理比技術(shù)資料描述更加復(fù)雜和優(yōu)化，如采用分段A/D等，確保了在較低硬件基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)更高精度采樣的目標(biāo)。其中在0/1跳變顯示時的數(shù)據(jù)相差較大，應(yīng)是A/D在低端的線性度較低。

4 綜合分析與處理結(jié)果

該型直升機(jī)的高度表發(fā)射天線裝于7960～8840框，接收天線裝于6630～7960框，兩天線的中心與直升機(jī)旋翼軸的水平距離約4m，可以大致計算出機(jī)身俯仰（θ）對無線電高度測量值的影響約為4tgθ（m），即俯仰1?影響0.07m。起落架緩沖支柱和機(jī)輪輪胎因減振作用設(shè)計，存在隨載機(jī)的重量變化而變化的壓縮量，正常停機(jī)情況下約為0.25m。

因此，綜合分析收發(fā)機(jī)、綜顯和載機(jī)的技術(shù)狀態(tài)，理論上當(dāng)收發(fā)機(jī)的零高度誤差為0時，載機(jī)保持水平飛行，機(jī)輪至少應(yīng)離地1.3m，綜顯才會顯示1m；當(dāng)考慮收發(fā)機(jī)的測高誤差（0.6m）和載機(jī)飛行的水平誤差（≤3?）時，機(jī)輪離地約2m，綜顯才顯示1m，這是符合技術(shù)要求的。

造成該直升機(jī)的無線電高度表系統(tǒng)機(jī)輪離地約2.4m時綜顯才顯示1m的原因是，收發(fā)機(jī)的低高度端靈敏度調(diào)整過低（0m時的靈敏度為64dB），使測量誤差增大。

內(nèi)場重新調(diào)整該機(jī)收發(fā)機(jī)的參數(shù)，將0m的靈敏度提高3dB至67dB，重新檢查調(diào)整測高誤差，使0m點(diǎn)電壓在誤差范圍內(nèi)略微偏正（+0.2m）。再裝機(jī)進(jìn)行地面通電檢查，收發(fā)機(jī)輸出高度電壓約-3.8mV（-0.23m），綜顯示數(shù)為0m。最后經(jīng)試飛驗證，機(jī)輪離地約1.6m時綜顯顯示1m，其他各高度點(diǎn)誤差指標(biāo)也達(dá)到了可接受范圍。

當(dāng)然，要進(jìn)一步減小無線電高度表系統(tǒng)的低高度誤差，還可以調(diào)整收發(fā)機(jī)的剩余高度值或增加機(jī)上的高頻饋線長度（需相應(yīng)增加其衰減量的靈敏度值），但這些調(diào)整都涉及原機(jī)定型狀態(tài)的改變，通常需辦理相關(guān)的批準(zhǔn)手續(xù)。