大气机升降速度波动问题分析与处理

谢正中

【摘  要】本文针对大气机升降速度波动问题，从大气机系统升降速度算法、控制逻辑等方面开展分析研究，定位了升降速度波动、制定了改进措施，为大气机系统排故提供了思路与经验。

【关键词】大气机  升降速度 融合算法

1. 引言

大气机是飞机的重要组成部分，通过接受总压、静压、大气温度等信号，解算除飞行决策所需的气压高度、升降速度、指示空速等信号。在飞机飞行过程中，自动飞行系统进行基准切换模态显示检查时，按压“升降速度”后，显示器上升降速度出现0±0.1m/s的波动，该波动在地面测试时会造成飞机升降舵上下抖动。

2. 工作原理

2.1 对外输出逻辑

该型大气数据计算机内部通过两种方法解算升降速度，分别为气压高度微分算法和大气-惯导融合算法，其解算及对外输出逻辑如下：

a)上电后分别按气压高度算法（ΔHp/Δt）和大气-惯导融合算法开始计算升降速度；

b) 当指示空速小于等于80km/h或惯导数据无效时，对外输出气压高度微分算法（ΔHp/Δt）计算的升降速度；否则对外输出大气-惯导融合算法计算的升降速度；

c) 大气-惯导融合算法需要惯导提供惯导参数参与解算。

2.2 气压高度微分算法

气压高度微分算法采用纯气压高度微分（ΔHp/Δt）解算升降速度，并对解算后的升降速度进行滤波，滤波后的升降速度其静态精度不超过1m/s，数据延迟可到1s，在实际飞行中，由于外部气流扰动问题造成升降速度波动过大，易造成自动飞控无法定高飞行。

2.3 大气-惯导融合算法

针对气压高度微分算法的缺点，引入惯导天向加速度到升降速度计算中形成大气-惯导融合算法，并落实在大气数据计算机应用软件中。大气-惯导融合算法引用惯导天向加速度，与自身高度进行融合，进而解算出升降速度。算法共有两个输入源，分别为天向加速度A(s)和气压高度H(s)，大气机对惯导的天向加速度进行积分，得到天向速度V(s)，对天向速度V(s)积分得到的天向高度与大气机自身的气压高度进行对比，并进行反馈控制，最终得到大气-惯导融合的升降速度。

图2  融合算法原理框图

3. 问题定位与排除

由于飞机在地面检查时，通过压力给定设备设置高度为1000m、速度为300km/h时，垂直速度在0±0.1m/s波动。根据大气-惯导融合算法的特性为稳定输出，波动极小；而高度微分算法由于仅对高度进行微分，波动较大。据此判断此时大气机对外输出升降速度为微分算法解算的数值。根据大气机垂直速度对外输出逻辑，判断此时惯导输出的参数无效或大气机未正确接收到惯导的参数，造成大气机对外输出高度微分算法解算的垂直速度。据此绘制故障树如图3所示。

图3升降舵抖动故障树

3.1  G1-X1“惯导参数无效”

通过查看飞参，惯导输出的参数（俯仰角、横滚角、真航向、机体坐标系下的三轴加速度）均正常有效，据此可以排除事件G1-X1。

3.2  G1-X2-X1“大气机总线接口接收失效”

大气机通过总线接收惯导的参数、场压装订值、襟缝翼位置，根据大气机软件设计逻辑，若其未接收到所有的总线数据，其会上报总线接收故障。故障时大气机未上报总线接收故障，据此可以排除事件G1-X2-X1。

3.3  G1-X2-X2“大气机与RDC软件不匹配”

惯导通过总线发送给大气机的参数均需通过远程数据集中器（RDC）转发。经对机上相关设备状态进行排查，发现此时机上的RDC软件仅转发天向加速度给大气机，而未转发大气机所需的真航向、俯仰角、横滚角、横轴加速度、纵轴加速度、竖轴加速度，故大气机无法进入大气-惯导融合算法。根据垂直速度对外输出逻辑，此时大气机对外输出经气压高度微分算法解算的垂直速度，微分算法的特性为对外部气压变化较敏感，易出现垂直速度输出波动的情况。

综上分析，本次外场垂直速度波动造成机上升降舵抖动的原因定位为G1-X2-X2：大气机与RDC软件不适配，导致大气机未进入大气-惯导融合算法，而气压高度微分算法解算的垂直速度出现0±0.1m/s的波动，致使升降舵上下抖动。

更改大气机软件逻辑，直接接收惯导提供的天向加速度（由RDC转发），进入大气-惯导融合算法解算垂直速度。

4. 总结

通过对大气机升降速度算法以及输出逻辑的研究与分析，定位问题原因为升降速度未进入大气-惯导融合算法，对外输出气压高度微分算法解算的垂直速度；进而确定进入融合算法的判断逻辑存在问题或缺陷，最终完善大气机软件逻辑，解决了垂直速度波动而造成飞机升降舵上下抖动的问题。