某型直升机超短波电台常见故障分析.pdf

-45-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024中国科技信息 2024 年第 5 期航空航天中天线接收到的高频信号送给高频功能组件进行信号处理，并根据超短波电台的实际设置进行信号筛选并筛选出有用的信号，筛选出来的信号通过机上线路进行传输给超短波电台主机，超短波电台主机将处理过的信号发送给飞行员的耳机中，从而实现和塔台的通话。在使用过程中我们经常遇到超短波电台无法正常收发和超短波电台作用距离短等问题，针对该问题本文进行了如下分析并给出解决建议。故障描述某型直升机在试飞过程中，飞行前准备时机务对超短波电台进行地面通电检查，超短波电台能正常收发信号。直升机地面开车时，地面人员发现和塔台用超短波电台进行通信时，耳机内无自听音，和地面无法正常通信，无法正常选择超短波电台的波道。飞行员对超短波电台下电重启后，超短波电台控制盒上出现故障代码 W1 显示，对照飞行手册判断为超短波电台前控制面板故障。地面将原机的超短波电台进行更换后，在地面进行上电功能检查，超短波电台能正常工作。地面开车后对超短波电台进行通电检查，超短波电台正常发射时耳机内无自听，超短波电台控制盒无法进行修改通信波道的操作。超短波电台控制盒在完成下电重启后，显示故障代码 W1，该故障代码意味着超短波电台的控制盒故障。对该电台的保险丝进行检查，发现机上电台的保险丝烧断，如图 1 所示。系统的组成和工作原理超短波电台的系统构成机载超短波通信系统主要是由机载超短波抗干扰电台、超短波抗干扰天线、超短波电台控制单元、超短波电台内置保密机和毁钥控制设备等组成。机载超短波电台通信系统的工作原理如下。行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度某型直升机超短波电台常见故障分析孟昭磊 李 露孟昭磊 李 露航空工业昌河飞机工业集团公司图 1 电台保险管直升机超短波电台主要是为直升机和直升机之间、直升机和地面塔台之间提供无线电语音通信，其工作频率为 108 400MHz，直升机在这个频率范围内能正常接收、发射无线电信号。某型超短波电台的工作方式为常规的调频和调幅模式及抗干扰状态下的跳频、直扩和扩跳模式。在抗干扰打开状态下，该型超短波电台可以有效防止敌方窃听我方指通信信号并有效阻止敌方干扰我方通信信号。机载超短波电台由高频信号处理功能组件、低频信号处理功能组件和信号检查处理组件等三种不同类型的功能组件组合而成，超短波电台使用超外差信号电路对天线接收的信号进行处理，其中国科技信息 2024 年第 5 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024-46-航空航天超短波电台发出的通信信息通过保密机进行加密，在飞行过程中实现各直升机之间、直升机与指挥塔台之间的保密话音通话。超短波电台和超短波定向仪互相协同工作，实现飞行过程中空/空定向联系及航空搜索救援。机内通话设备作为直升机的音响中心，主要用于直升机的声音信号收集并将所收集的信号进行信号的阻抗匹配和相关信号的电平调整，最后将处理过的声音信号传递给飞行员所带的耳机。飞行员在使用短波电台和超短波电台进行发射时，通话处理机负责将飞行员的语音信号进行放大、调制，处理完的信号通过超短波电台和短波电台天线发射出去实现飞行员和其他成员与地面指挥塔台或其他人员之间的正常通话。超短波电台的组成超短波电台由超短波电台收发信机、超短波电台控制盒和超短波天线等几部分组成。超短波电台收发信机由超短波电台控制盒（A1）、跳频抗干扰单元（A2）、直扩/扩跳抗干扰单元（A3）、中频数字化处理单元（A4）、接收机单元（A5）、频率合成器单元（A6）、发射机单元（A7）等组成。故障产生机理分析故障树根据故障产生的机理和系统的工作原理，根据该故障现象我们建立了故障树，见图2。故障产生的点有如下几个地方：超短波电台故障、机内通话控制单元故障、机上线路故障、地面电源车故障、音频控制继电器故障、航空接插件接触不良。对直升机进行地面通电检查对故障进行复现。首先用地面电源车进行供电，保证直升机稳定供电，直升机正常上电，给无线电通信系统的相关设备上电，通电检查主电台接收正常，发射自听正常。再在地面开车情况下，由直升机机上电源系统供电，故障未复现。通过多次反复开大车复查，偶尔有主电台无接收信号情况。机上检查和地面试验对直升机电缆进行导通和绝缘电阻检查，发现超短波通信系统的供电断路器和对接插头的 XA 的 1 号点即机内通话器的电源线（与超短波电台的供电线连接）与 2 号点（机内通话器的接地地）的电阻不同。X 插头的 1 和 5 之间的电阻为 0.1M，X 插头的 1 和 6 之间的电阻 为 10M；15WT的 1 号点和 3 号点（超短波电台控制盒的导光板的供电点）阻值不一样，而 2 号机通讯系统的 X 插头的 1 和 5 之间的电阻为 2M，X 插头的 1 和 6 之间的电阻为 8M，因此我们判断 X15 的机内通话控制盒故障。为了明确机内通话器对超短波电台的影响程度，需在超短波电台装机前测量更换新电台后的超短波电台供电电流在开车过程中的数据。我们采用将和电台阻抗大小相同的电阻箱和保险丝串入测量电路中，并对断路器跳开时间进行测量，电流中的电流需大于额定值 5A 并持续 5s 以上。首先将超短波电台安装到位，对 01 号机进行上电功能检查，该架机的超短波电台能正常工作。接着对超短波电台进行电流耐受试验。首先将负载等效大小的电阻、20A 的熔断器和测试用接插件和测试电缆进行连接。测量超短波电台控制盒内部电阻，试验电路的阻值为 8，根据设计要求超短波电台的等效阻值为 5，即试验电路的电阻值与超短波电台等效电阻之间的关系为：8/5=1.6。对超短波电台进行地面通电检查将超短波电台的插头 X1 拆下，对超短波电台插头的 X1上的 10 和 12 号点之间连接三用表进行测量，将 11 号机的机内通话器装机，测得超短波电台的供电电源的回路电流为7.2A；在装本机机内通话器的情况下，测得超短波电台的供电电源的回路电流为 4.6A，小于装了 11 号机机内通话器的电流。地面开车试验地面开车进行试验，发动机启动时测量超短波电台供电电路中的瞬间电流为 0，发动机启动后电流瞬间变为 3.62A，发动机转速变大通过超短波电台供电端的电流随发动机的转速变大而变大，峰值电流为 10A，当发动机稳定到大车后供电电路的电流值稳定在 8A。我们将拆下来的超短波电台安装回原机。在发动机启动过程中断开超短波电台控制盒上工作模式开关，地面开车，断开地面电源插头，将超短波电台控制盒上的收发模式开关拨到主收模式，此时飞行员耳机能正常收发信号。试验结果根据以上试验可以得出，由于两部超短波电台的保险丝都出现烧断的现象表明线路中的电流大于 20A，但是断路器板上为超短波电台供电的断路器却未跳开，而断路器跳开的条件是线路中必须出现持续 3S 以上的大于 20A 的电流。由此我们可以初步判断在发动机启动的瞬间有外部电流串入电台的供电线路，同时和电台本身的供电电流进行叠加使得通过超短波电台控制盒的电流过大最终导致保险丝熔断。对电源系统进行监控，发动机启动过程中地面电源和发电机进行电源转换时，会有电压脉冲浪涌来维持转换时的瞬间掉电，电压信号为+70V、宽度 100ms，该脉冲加到电台电源电路的保护二极管两端，最终击穿该二极管造成短路，进而造成电台保险丝烧断。使用建议综上所述，可以在直升机启动过程中禁止使用超短波电台待直升机完成电源转换后再接通电台电源开关。要彻底解决该问题需对保护二极管进行重新选型，提高二极管耐压值和耐压脉 冲宽度，保证其能经受住浪涌脉冲的冲击不被击穿。图 2故障树-47-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2024中国科技信息 2024 年第 5 期航空航天超短波电台作用距离短超短电台在使用过程中还经常会出现作用距离短即超过一定距离后超短电台无法正常接收和发射音频信号和塔台或僚机失联的现象。为解决该问题我们进行了如下分析。故障原因分析造成超短电台作用距离短的原因有很多，包括以下几点：1）信号衰减。在信号传输过程中，由于各种因素的影响，比如说大气层中分子、水汽等的散射和吸收，以及障碍物的遮挡等，都会导致信号强度的逐渐衰减。因此，当信号传输距离逐渐增长时，信号的衰减也会越来越明显，从而影响了通信质量。2）干扰。除了信号衰减之外，还存在着一些不同的干扰因素，比如说多径效应、电磁辐射等。其中，多径效应是指信号在传输过程中被反射、折射、绕射等现象所影响，导致出现多条信号路径。而电磁辐射则是指飞机发动机或其他电子设备所产生的电磁噪声，也会对信号的传输产生干扰。3）地形因素。地形因素也是影响超短波电台通信距离的一个重要因素。如果在山区、森林等地形复杂的地方飞行，将会面临障碍物的遮挡和信号传输困难等问题。4）通信距离。通信距离的远近也是影响超短波电台作用距离的一个因素。为了解决超短波电台通信距离短的问题，需要准确地定位问题所在。具体而言，我们可以通过以下几个方面来进行定位。测量信号强度。在使用超短波电台进行通信时，可以通过测量信号强度的方法来判断通信质量是否正常。如果信号强度过低，就说明存在信号衰减或干扰等问题。测量信号强度则通过无线电场强仪对超短波电台所产生的电场强度、功率密度等指标进行测量，经检测该型超短波电台的电场强度、功率密度均符合设计要求。检查设备状态。除了信号强度之外，还需要检查设备的状态是否正常。如果设备发生故障或者质量不佳，也有可能导致通信距离短。观察环境因素。在使用超短波电台进行通信时，需要注意环境因素的影响，如地形、天气等。这些因素会对信号传输产生一定的影响，需要针对性地解决。直升机和塔台的通信距离也是影响直升机超短波电台作用距离的重要因素。由于超短波电台传播信号为直接波传播或空间播的传播模式。信号的传播距离可以用如下公式进行计算即：其中：h1塔台设置的天线高度（米）；h2直升机飞行高度（米）；L0塔台和直升机的作用距离（米）。5）驻波比也是影响超短波电台通信距离的重要因素，驻波比是由信号传输线路的阻抗匹配情况引起的，主要与天线系统的阻抗匹配和反射损耗有关。高驻波比：当驻波比较高时（例如大于 2：1），表示信号传输线路的阻抗与天线系统或发射器的阻抗不匹配，会导致部分信号被反射回发射源，而不是被天线辐射出去。这会引起信号的损耗和反射，并降低信号的传输效率和作用距离。低驻波比：当驻波比较低时（例如接近 1：1），表示信号传输线路的阻抗与天线系统或发射器的阻抗较好地匹配，减少了信号的反射和损耗。较低的驻波比意味着更多的信号能够被天线辐射出去，从而提高信号的传输效率和作用距离。1.为解决这些问题我们得出如下解决方法：提高电台的发射功率来提高超短波电台的作用距离：优化发射器和功率放大器：确保发射器和功率放大器的设计和性能达到最佳状态。选择高效的放大器技术，提高功率放大器的效率，从而增加输出功率。减少信号衰减：对超短波电台天线的安装位置和姿态进行调整，以最大程度减少信号在传输过程中的衰减。同时确保天线与直升机电缆之间的连接良好，减少传输线路和连接器的损耗，进而减少超短波电台相关信号的衰减。2.通过改进天线系统来提高超短波电台的作用距离：增加天线增益：天线增益是指天线在特定方向上辐射或接收信号的能力。使用具有较高增益的天线可以提高发射功率。常见的高增益天线包括定向天线和抛物面反射天线。这些天线可以集中能量并将其辐射到目标方向，从而提高发射功率。优化天线设计：天线的设计对信号的辐射和接收效果有着重要影响。优化天线的尺寸、形状和材料选择可以提高天线的效率和性能。例如，使用导电性能较好的材料、合适的天线长度和宽度，以及减少天线损耗等，可以提高天线的辐射效果，从而增加发射功率。考虑天线阻抗匹配：天线的阻抗匹配对于最大化发射功率至关重要。确保天线的阻抗与发射设备或传输线的阻抗匹配，可以最大限度地传输能量到天线并减少反射损耗。通过使用天线调谐器或匹配网络，可以优化天线系统的阻抗匹配，从而提高发射功率。考虑天线方向性：天线的方向性指的是天线在特定方向上的辐射或接收能力。通过选择适当的天线方向性，可以将辐射能量更好地集中在所需的方向上，提高发射功率。根据具体应用需求，选择合适的天线方向性，例如全向天线、定向天线或扇形天线等。降低驻波比也是提高超短波电台通信距离的重要手段之一。较低的驻波比有助于提高直升机超短波电台通信距离，因为它表示更好的信号传输和较少的反射损耗。因此，通过调整超短波电台系统的安装，优化天线系统和传输线路的阻抗匹配，以确保驻波比尽可能地接近 1：1，可以很好地提高通信距离和信号传输质量。结语直升机超短波电台是个复杂的通信系统，超短波电台的工作状态和通信距离与机上超短波电台系统的线路、超短波电台控制盒、超短波电台天线等成品有很大的关系。超短波电台通信系统作为一个复杂的通信系统，在平时进行直升机超短波电台系统的相关故障进行分析时，应该从整机、系统性的角度，综合性进行分析，不应该局限某一个成品或者某一个故障点。