黃福貴

(海軍駐武漢地區(qū)軍事代表局, 湖北 武漢 430064)

0 引言

折疊系統(tǒng)是艦載直升機必備的系統(tǒng)，其作用是減少直升機的外形輪廓尺寸，從而縮小艦面停放空間和機庫存放空間。由于艦載直升機的外場飛行環(huán)境惡劣，折疊定位裝置很容易出現(xiàn)角度偏差和成品故障，導(dǎo)致折疊系統(tǒng)無法工作或出現(xiàn)槳葉相碰現(xiàn)象，給部隊使用維護造成較大影響。本文針對折疊定位的工作原理和故障的現(xiàn)象、原因提出了一種更加可靠的定位控制信號改進方法。

1 折疊定位信號改進

1.1 折疊定位控制原理

在折疊系統(tǒng)中分多次使用到斜梁折疊定位控制信號，該信號是由安裝在尾梁和斜梁之間的凸輪機械機構(gòu)上的三個微動開關(guān)提供的。三個凸輪機械機構(gòu)均隨斜梁同步運動，當(dāng)壓住某個微動開關(guān)時則輸出某個位置的折疊定位控制信號。

1.2 折疊定位故障分析

折疊系統(tǒng)微動開關(guān)故障的發(fā)生率非常高，據(jù)統(tǒng)計占折疊系統(tǒng)故障率的90%以上，而出現(xiàn)問題的微動開關(guān)絕大多數(shù)是作為折疊定位控制系統(tǒng)角度定位用的。

鑒于角度微動開關(guān)的特殊安裝位置和運行特點，故障形式主要表現(xiàn)為下列兩個方面：

1)微動開關(guān)切換功能失效，這是傳統(tǒng)微動開關(guān)的失效模式之一。槳葉折疊和展開的過程對開關(guān)的沖擊力較大，容易使開關(guān)處于超行程過載狀態(tài)，不僅影響其可靠性，而且在長期工作后致其損壞。

2)微動開關(guān)切換功能正常，但是在工作位置觸點不轉(zhuǎn)換。由于開關(guān)與凸輪的安裝位置不合適，凸輪裝置壓迫微動開關(guān)時，開關(guān)受到較大的側(cè)向載荷，久而久之就容易導(dǎo)致開關(guān)頭部向著側(cè)向力的方向產(chǎn)生一定程度的變形，使用一段時間后造成開關(guān)卡滯，如圖1所示。而當(dāng)直升機折疊結(jié)束后，微動開關(guān)長時間處于壓迫狀態(tài)，這種長時間的壓迫會導(dǎo)致開關(guān)和機上安裝固定點處產(chǎn)生位移，使得開關(guān)整體向下移動，也就間接地延長了開關(guān)的有效動作行程，從而導(dǎo)致工作位置觸點不轉(zhuǎn)換。

圖1 折疊定位微動開關(guān)簡易圖

1.3 折疊定位系統(tǒng)改進

某型號折疊系統(tǒng)的折疊定位傳感器采用了機械接觸式直線運動的傳統(tǒng)微動開關(guān)。為徹底解決折疊定位故障，需要采用一種非接觸式的接近信號器，它能夠在被監(jiān)測物體與之接近到一定距離時，不需要接觸就能發(fā)出動作信號，達到控制電路接通或斷開的目的[1]。

非接觸式的接近信號器有電感式、霍爾式、電容式和光電式、紅外式等[2]，其中，電感式接近信號器具有工作穩(wěn)定、定位精度高、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單等特點，非常適合槳葉折疊定位系統(tǒng)采用。

電感式接近信號器能夠在一定范圍內(nèi)檢測導(dǎo)磁性物體與它的檢測端面間的距離，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的輸出信號，供控制電路使用[3]，原理框圖如圖2所示。接近信號器基于磁感應(yīng)原理工作，能夠輸出頻率為500Hz的調(diào)寬脈沖信號。該信號的脈沖寬度隨被檢測目標與信號器檢測端面間的距離而變化：當(dāng)距離為0時脈寬最大，隨著距離的增大，脈沖寬度減小，對導(dǎo)磁性物體檢測的作用距離約為0.5～4mm，在0.5～2mm范圍內(nèi)有較好的檢測靈敏度。

圖2 電感式接近信號器原理框圖

電感式接近信號器等效電路如圖3所示。圖中R1、L1為信號器線圈的電阻和電感，短路環(huán)可以認為是一匝短路線圈，其電阻和電感分別為R2、L2，線圈與導(dǎo)磁性物體之間存在一個互感M，M將隨線圈與導(dǎo)磁性物體之間間距的減小而增大。

根據(jù)基爾霍夫第二定律[4]，有：

(1)

解上述方程組，可得I1、I2，繼續(xù)計算，可得出接近信號器線圈受導(dǎo)磁性物體影響后的等效阻抗Z。

由上式可知，線圈-導(dǎo)磁性物體系統(tǒng)的等效阻抗Z是該系統(tǒng)互感系數(shù)M的平方的函數(shù)，而互感系數(shù)M又是距離被檢測目標距離x的非線性函數(shù)。因此，當(dāng)構(gòu)成電感式接近信號器時，在一定的距離范圍內(nèi)，等效阻抗Z與x之間可近似用一線性函數(shù)來表示。

由于折疊定位控制系統(tǒng)只需要檢測兩種狀態(tài)，輸出高、低電平信號，因此接近狀態(tài)電平信號可以高、低電平反映信號器檢測得到的距離與設(shè)定的接近狀態(tài)轉(zhuǎn)換距離比較的結(jié)果，與TTL電平和CMOS電平相容。當(dāng)被檢測目標與信號器的檢測端面間的距離大于設(shè)定的接近狀態(tài)轉(zhuǎn)換距離時，輸出為高電平；當(dāng)距離小于該設(shè)定距離時，輸出為低電平。輸出電平會隨負載阻抗大小略有變化，通常高電平為≥4.6V，低電平為≤0.7V。在接近信號器的輸出信號傳輸距離比較小和電磁環(huán)境比較良好的條件下，直接使用該接近狀態(tài)電平信號比較簡便。

接近狀態(tài)轉(zhuǎn)換距離的值在可以內(nèi)部電路中設(shè)定。用戶可以根據(jù)需要選取轉(zhuǎn)換距離的范圍為0.5mm～2mm。接近狀態(tài)開關(guān)信號引腳與信號器的內(nèi)部控制電路在電氣上是相互隔離的。這為接近信號器在電磁環(huán)境比較惡劣的條件下使用提供了改善抗干擾性能的方便。

接近信號器在不同的安裝方式和運動軌跡所展現(xiàn)出的效果也不相同。安裝方式如圖4所示。

圖4 軸向位移檢測

接近信號器在用于檢測機械系統(tǒng)中機件的位移或限位之前，應(yīng)把它和導(dǎo)磁靶在機械系統(tǒng)的適當(dāng)位置正確安裝。安裝時應(yīng)盡可能把接近信號器固定在機械系統(tǒng)的適當(dāng)位置，用信號器來檢測移動的機件或安裝在其上的導(dǎo)磁靶。當(dāng)機件的移動距離比較小時，也可以反過來把信號器安裝在移動機件上，檢測固定的目標件或安裝在固定件上的導(dǎo)磁靶。當(dāng)用信號器做移動件檢測固定件時，應(yīng)特別注意信號器上連接器引線的固定，防止被運動部件強行拉拽和損傷。

被檢測目標必須是由高導(dǎo)磁性材質(zhì)如鋼鐵材料或其它高導(dǎo)磁性材料制成的機件[5]。如果沒有適當(dāng)?shù)臋C件本身可作檢測目標，也可在機件上另行安裝一個由鋼質(zhì)材料制作的“靶”來充作檢測目標。檢測目標上的接近檢測面應(yīng)盡可能地是與信號器檢測端面相互平行的平面，該平面應(yīng)能充分覆蓋信號器的檢測端面，通常應(yīng)≥φ20。必要時也可將曲率半徑大于50的球面或圓柱面來充作檢測面。要注意的是,當(dāng)用球面或圓柱面作檢測面時，信號器發(fā)生接近狀態(tài)轉(zhuǎn)換的實際距離要比信號器產(chǎn)品給定的指標小些。

信號器的接近狀態(tài)信號能反映被檢測目標的“接近”程度，用于電路中對被檢測目標的監(jiān)視或控制。被檢測目標的檢測面在到達接近狀態(tài)轉(zhuǎn)換距離時，其接近狀態(tài)輸出信號對距離十分敏感。若被檢測目標存在輕微的抖動或受到振動的影響，檢測面間的距離的微小變化都可能使得接近狀態(tài)信號發(fā)生反復(fù)的高、低電平的跳動，造成電路工作不穩(wěn)定。為避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，可在接近狀態(tài)信號的檢測電路并聯(lián)適當(dāng)?shù)碾娙萜?，適當(dāng)延緩信號器狀態(tài)信號轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的作用，保證電路平穩(wěn)工作。

2 結(jié)束語

直升機槳葉折疊系統(tǒng)的發(fā)展需要更加穩(wěn)定、更加準確的折疊定位信號，而使用傳統(tǒng)的微動開關(guān)則略顯不足，不能適應(yīng)現(xiàn)有的槳葉折疊系統(tǒng)，而槳葉折疊的穩(wěn)定性直接影響到直升機的出勤率。本文介紹的方法能夠完善槳葉折疊系統(tǒng)，并且可以直接在原有的直升機平臺上進行換裝，對原有線路更改很小。該技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)某型號上得到了驗證，槳葉折疊系統(tǒng)的可靠性進一步提升，提高了直升機的作戰(zhàn)效能。