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[摘 要]航向姿态系统主要的部件是全姿态陀螺，它可实时测量、显示飞机的飞行航向和姿态等导航信息。即确定飞行中的机体坐标相对与地面的位置及机头的方向等信息。本文结合其原理从典型故障出发剖析了其地面使用中的故障及排除方法。
[关键词]程序起动 修正 漂移 旋转磁场
中图分类号：TU349.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）19-0050-01
航向姿态系统是测量、显示和提供飞机航向和姿态角的飞行仪表，由左、右两套独立系统组成。在系统中，由全姿态组合陀螺提供飞机的航向及姿态信号，并通过随动系统远距传输到相应的指示器中。全姿态组合陀螺可实时感受飞机在飞行中的姿态和航向，并输出相应的俯仰、倾斜、和航向角信号。
1 全姿态组合陀螺的作用
全姿态陀螺在航向姿态系统中作为中心陀螺仪，其垂直复现地垂线，感受飞机俯仰、倾斜角度，并转换为电信号，传输给指示器及其它设备。其航向陀螺在半罗盘状态时是独立的航向传感器，给出陀螺航向信号，在磁修正状态，用来稳定感应式磁传感器的航向信号，并输出磁航向信号给指示器及其它设备。
2 全姿态组合陀螺组成及工作原理
2、1 陀螺的组成
由垂直陀螺、航向陀螺和随动托架、壳体等主要部件组成。
2、2 陀螺的程序起动原理
为了保证陀螺在任意位置都能较快的进入正常状态，采用〝程序起动"的方法来缩短工作准备时间。程序启动是由15秒和50秒两个延时电路控制继电器Ⅰ和Ⅱ来接通横向修正和纵向修正陀螺电机实现的。
a.垂直和航向陀螺电机的I、I I相在刚起动至1 5秒内分别接入降压电阻，降低这两相的电压，减小陀螺电机的起动加速度。而垂直陀螺的纵向修正采用高电压修正，增大修正力矩。为了减小陀螺起动时的章动，垂直陀螺横向修正在1 5秒以后才加入高电压。50秒以后，垂直陀螺的纵、横向修正才转为正常工作电压。
b.起动时垂直陀螺尚未进入正常工作位置，不能输出正确的俯仰和倾斜信号，俯仰托架电磁铁1 5秒以后才开锁，同时俯仰随动电动机在15秒以后才工作，倾斜随动托架在50秒以前由外倾斜同步发送器I I控制，使其自锁停机零位，50秒后才转换为由内倾同步发送器控制。
2、3 倾斜随动系统工作原理
当飞机处于水平状态时，垂直陀螺三轴处于相互垂直状态，内倾同步器处于零位，无信号输出，随动电机不工作。
当飞机有倾斜动作时，倾斜托架带着垂直陀螺的外框架跟着倾斜，垂直陀螺内框架轴上的内倾同步器转子与固连在外框架上定子间产生角位移，并输出与飞机倾斜方向相应的电信号，经放大器放大后驱动随动电机工作，使倾斜托架回到水平。
2、4 俯仰随动系统工作原理
当飞机处于水平状态时，垂直陀螺和俯仰托架均垂直地平面，俯仰发送器和接收器处于协调位置无信号输出，随动电机不工作。
当飞机有俯仰动作时，俯仰接收器和发送器的定子随着横滚托架一起转动，俯仰托架轴相联的接收器的转子也和横滚托架一起做相同的动作，接收器转子就输出与飞机俯仰角相对应的不协调信号，经放大器放大后驱动俯仰随动电机，直到俯仰托架重新垂直于地平面，该系统处于协调位置。
2、5 垂直陀螺的横向和纵向修正
当陀螺主轴和地垂线重合时，液体电门的气泡位于中间位置，中心电极至左右两端的电极的电阻相等，修正力矩电机两个绕组参数均相同，不能形成旋转磁场，不产生力矩。
当陀螺主轴由于外力矩引起漂移在横向偏离地垂线时，液体电门中的气泡就偏向一端，中心电极和左右两端电极的电阻不等，力矩电机两个绕组的电流值和相位不同，就产生旋转磁场，力矩电机使陀螺主轴回到地垂线位置。
2、6 航向陀螺的方位修正 ；
方位修正系统使航向陀螺的主轴跟踪地球子午线，修正方位误差及漂移误差。纬度修正电位器和不平衡量修正电位器联接成桥式线路，两电刷输出电压通到方位修正力矩电机的控制绕组。当两电刷处于电桥平衡位置时，方位修正力矩电机控制绕组中没有电流通过，所以不产生方位修正力矩。变动电刷位置，电桥失去了平衡，电刷两端就有电压输出，力矩电机的力矩使陀螺进动以补偿方位漂移误差。
2、7 航向陀螺的水平修正
航向陀螺装在俯仰托架和横滚托架之中，当俯仰托架和横滚托架处于工作状态时，保证了外框架轴始终保持地垂线的位置，所以当陀螺主轴垂直于外框架即为水平状态时，光电池应对应于光栅中间位置，灯泡的光线通过光栅照到光电池两极的光照相等，光电池两极没有电压信号输出，力矩电机控制绕组没有电流通过，不产生修正力矩。当陀螺主轴不处于水平位置时，绕内框轴就有偏离，陀螺内带着光栅一起偏转，但固定在内架上的灯泡和光电池仍不动，所以光电池两端的光照不等，就有直流信号输出，经放大器调制后加到力矩电机控制绕组，直到陀螺主轴垂直实现了航向陀螺的水平修正。
3 典型故障分析：
故障1 航向漂移误差大，通电15分钟，航向漂移误差5°。
检查分析：按要求航向漂移每小时不超过1.5°。经检查，发现航向修正旋转轴承拉线磨损严重，造成松动，换向滑块往复运动力矩不同从而使摩擦力矩增大，引起航向漂移。主要原因是旋转轴承的减速器不工作，带动拉线已断，造成航向陀螺的摩擦力矩过大而漂移。
排除：经清洗减速器齿轮，调整减速器齿轮间隙并加油，更换减速器连动拉线，使换向滑块运动灵活。重新安装好陀螺，充入氮气，通电测试合格。
故障2 横向修正不对称：当右倾8°，修正5°时，用时80秒，当左倾8°，修正5°时，用时300秒。
检查分析：按要求修正5°的时间应在86—200秒之间，从测试数据看修正不对称。经分析造成 修正不对称的原因有：a横向修正力矩电机间隙不对称，b垂直陀螺动平衡不好，c垂直陀螺静平衡不好。在陀螺中，所有配重全部是铅块，为防止铅块氧化，出厂时都经过防氧化处理，壳体抽真空后加入氮气。经检查横向力矩电机间隙没有发生变化。检查陀螺静平衡，当陀螺左右偏离约10°时，总是倒向一边，检查发现个别配重铅块已经氧化，引起配重发生变化，也影响动平衡，为更准确判别故障，在垂直陀螺外框架进行增减配重，通电测试，修正速度发生变化，说明静平衡不好产生修正速度不对称的原因。
排除：调整静平衡，把氧化的配重铅块进行处理然后用橡皮泥加在陀螺轻的一面，用手拨动陀螺在360°范围内转动，要求任何位置都能停住，不倒向某一边，经过几次调整通电测试，修正速度达到对称。检查垂直精度和漂移，看动平衡是否合格，当测试合格后，用万分之五标准天平把配重橡皮泥称好，找同样质量的铅块固定在陀螺外框架上，这样就排除了陀螺修正不对称的故障。
故障3 通电15秒俯仰托架开锁后，陀螺内部声音大，几分钟后恢复正常，通电约20分钟后，地平指示器左倾10°，而且不回零。
检查分析：按要求垂直精度在5min±10s内，倾斜漂移±2.5°。经打开陀螺，发现因液体电门漏液，使横向修正不起作用，外部漏液造成垂直陀螺内环生锈，横向修正电机工作不可靠，引起陀螺倾斜漂移。
排除： 经分解，更换液体电门，对生锈部件除锈处理，消除纵修速度不对称，在垂直陀螺内环后侧加配重重新调试，进行对称性检查，测试合格后重新加氮气密封。
上述对全姿态组合陀螺的作用、构成、原理进行简单介绍，对试验中遇到的典型故障及排除方法进行分析总结，通过对陀螺原理故障的研究分析，对陀螺的分解、装配、平衡技术进一步挖掘、探索、总结积累更多解决故障难题的经验，也为今后科研生产中更快更准地把握故障原因进行故障排除，有效缩短排查时间，确保产品的质量，也为后续相关的测试系统的扩展奠定坚实的基础。
作者简介
余军强，男，陕西汉中，1971.9，单位：中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司 职称：高级技师。
[关键词]程序起动 修正 漂移 旋转磁场
中图分类号：TU349.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）19-0050-01
航向姿态系统是测量、显示和提供飞机航向和姿态角的飞行仪表，由左、右两套独立系统组成。在系统中，由全姿态组合陀螺提供飞机的航向及姿态信号，并通过随动系统远距传输到相应的指示器中。全姿态组合陀螺可实时感受飞机在飞行中的姿态和航向，并输出相应的俯仰、倾斜、和航向角信号。
1 全姿态组合陀螺的作用
全姿态陀螺在航向姿态系统中作为中心陀螺仪，其垂直复现地垂线，感受飞机俯仰、倾斜角度，并转换为电信号，传输给指示器及其它设备。其航向陀螺在半罗盘状态时是独立的航向传感器，给出陀螺航向信号，在磁修正状态，用来稳定感应式磁传感器的航向信号，并输出磁航向信号给指示器及其它设备。
2 全姿态组合陀螺组成及工作原理
2、1 陀螺的组成
由垂直陀螺、航向陀螺和随动托架、壳体等主要部件组成。
2、2 陀螺的程序起动原理
为了保证陀螺在任意位置都能较快的进入正常状态，采用〝程序起动"的方法来缩短工作准备时间。程序启动是由15秒和50秒两个延时电路控制继电器Ⅰ和Ⅱ来接通横向修正和纵向修正陀螺电机实现的。
a.垂直和航向陀螺电机的I、I I相在刚起动至1 5秒内分别接入降压电阻，降低这两相的电压，减小陀螺电机的起动加速度。而垂直陀螺的纵向修正采用高电压修正，增大修正力矩。为了减小陀螺起动时的章动，垂直陀螺横向修正在1 5秒以后才加入高电压。50秒以后，垂直陀螺的纵、横向修正才转为正常工作电压。
b.起动时垂直陀螺尚未进入正常工作位置，不能输出正确的俯仰和倾斜信号，俯仰托架电磁铁1 5秒以后才开锁，同时俯仰随动电动机在15秒以后才工作，倾斜随动托架在50秒以前由外倾斜同步发送器I I控制，使其自锁停机零位，50秒后才转换为由内倾同步发送器控制。
2、3 倾斜随动系统工作原理
当飞机处于水平状态时，垂直陀螺三轴处于相互垂直状态，内倾同步器处于零位，无信号输出，随动电机不工作。
当飞机有倾斜动作时，倾斜托架带着垂直陀螺的外框架跟着倾斜，垂直陀螺内框架轴上的内倾同步器转子与固连在外框架上定子间产生角位移，并输出与飞机倾斜方向相应的电信号，经放大器放大后驱动随动电机工作，使倾斜托架回到水平。
2、4 俯仰随动系统工作原理
当飞机处于水平状态时，垂直陀螺和俯仰托架均垂直地平面，俯仰发送器和接收器处于协调位置无信号输出，随动电机不工作。
当飞机有俯仰动作时，俯仰接收器和发送器的定子随着横滚托架一起转动，俯仰托架轴相联的接收器的转子也和横滚托架一起做相同的动作，接收器转子就输出与飞机俯仰角相对应的不协调信号，经放大器放大后驱动俯仰随动电机，直到俯仰托架重新垂直于地平面，该系统处于协调位置。
2、5 垂直陀螺的横向和纵向修正
当陀螺主轴和地垂线重合时，液体电门的气泡位于中间位置，中心电极至左右两端的电极的电阻相等，修正力矩电机两个绕组参数均相同，不能形成旋转磁场，不产生力矩。
当陀螺主轴由于外力矩引起漂移在横向偏离地垂线时，液体电门中的气泡就偏向一端，中心电极和左右两端电极的电阻不等，力矩电机两个绕组的电流值和相位不同，就产生旋转磁场，力矩电机使陀螺主轴回到地垂线位置。
2、6 航向陀螺的方位修正 ；
方位修正系统使航向陀螺的主轴跟踪地球子午线，修正方位误差及漂移误差。纬度修正电位器和不平衡量修正电位器联接成桥式线路，两电刷输出电压通到方位修正力矩电机的控制绕组。当两电刷处于电桥平衡位置时，方位修正力矩电机控制绕组中没有电流通过，所以不产生方位修正力矩。变动电刷位置，电桥失去了平衡，电刷两端就有电压输出，力矩电机的力矩使陀螺进动以补偿方位漂移误差。
2、7 航向陀螺的水平修正
航向陀螺装在俯仰托架和横滚托架之中，当俯仰托架和横滚托架处于工作状态时，保证了外框架轴始终保持地垂线的位置，所以当陀螺主轴垂直于外框架即为水平状态时，光电池应对应于光栅中间位置，灯泡的光线通过光栅照到光电池两极的光照相等，光电池两极没有电压信号输出，力矩电机控制绕组没有电流通过，不产生修正力矩。当陀螺主轴不处于水平位置时，绕内框轴就有偏离，陀螺内带着光栅一起偏转，但固定在内架上的灯泡和光电池仍不动，所以光电池两端的光照不等，就有直流信号输出，经放大器调制后加到力矩电机控制绕组，直到陀螺主轴垂直实现了航向陀螺的水平修正。
3 典型故障分析：
故障1 航向漂移误差大，通电15分钟，航向漂移误差5°。
检查分析：按要求航向漂移每小时不超过1.5°。经检查，发现航向修正旋转轴承拉线磨损严重，造成松动，换向滑块往复运动力矩不同从而使摩擦力矩增大，引起航向漂移。主要原因是旋转轴承的减速器不工作，带动拉线已断，造成航向陀螺的摩擦力矩过大而漂移。
排除：经清洗减速器齿轮，调整减速器齿轮间隙并加油，更换减速器连动拉线，使换向滑块运动灵活。重新安装好陀螺，充入氮气，通电测试合格。
故障2 横向修正不对称：当右倾8°，修正5°时，用时80秒，当左倾8°，修正5°时，用时300秒。
检查分析：按要求修正5°的时间应在86—200秒之间，从测试数据看修正不对称。经分析造成 修正不对称的原因有：a横向修正力矩电机间隙不对称，b垂直陀螺动平衡不好，c垂直陀螺静平衡不好。在陀螺中，所有配重全部是铅块，为防止铅块氧化，出厂时都经过防氧化处理，壳体抽真空后加入氮气。经检查横向力矩电机间隙没有发生变化。检查陀螺静平衡，当陀螺左右偏离约10°时，总是倒向一边，检查发现个别配重铅块已经氧化，引起配重发生变化，也影响动平衡，为更准确判别故障，在垂直陀螺外框架进行增减配重，通电测试，修正速度发生变化，说明静平衡不好产生修正速度不对称的原因。
排除：调整静平衡，把氧化的配重铅块进行处理然后用橡皮泥加在陀螺轻的一面，用手拨动陀螺在360°范围内转动，要求任何位置都能停住，不倒向某一边，经过几次调整通电测试，修正速度达到对称。检查垂直精度和漂移，看动平衡是否合格，当测试合格后，用万分之五标准天平把配重橡皮泥称好，找同样质量的铅块固定在陀螺外框架上，这样就排除了陀螺修正不对称的故障。
故障3 通电15秒俯仰托架开锁后，陀螺内部声音大，几分钟后恢复正常，通电约20分钟后，地平指示器左倾10°，而且不回零。
检查分析：按要求垂直精度在5min±10s内，倾斜漂移±2.5°。经打开陀螺，发现因液体电门漏液，使横向修正不起作用，外部漏液造成垂直陀螺内环生锈，横向修正电机工作不可靠，引起陀螺倾斜漂移。
排除： 经分解，更换液体电门，对生锈部件除锈处理，消除纵修速度不对称，在垂直陀螺内环后侧加配重重新调试，进行对称性检查，测试合格后重新加氮气密封。
上述对全姿态组合陀螺的作用、构成、原理进行简单介绍，对试验中遇到的典型故障及排除方法进行分析总结，通过对陀螺原理故障的研究分析，对陀螺的分解、装配、平衡技术进一步挖掘、探索、总结积累更多解决故障难题的经验，也为今后科研生产中更快更准地把握故障原因进行故障排除，有效缩短排查时间，确保产品的质量，也为后续相关的测试系统的扩展奠定坚实的基础。
作者简介
余军强，男，陕西汉中，1971.9，单位：中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司 职称：高级技师。