B737飞机迎角传感器故障分析

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本文阐述了迎角传感器（AOA）在波音737飞机系统的应用，通过对飞机迎角传感器的工作原理及常见故障的分析研究，针对迎角传感器的排故问题，提出了一种迎角传感器的快速排故方法。

引言

大气数据系统是飞机重要系统之一，直接影响飞机的操纵模式与飞行状态。飞行所需的大气数据由采集到的原始参数计算获得，原始数据包括全压、 静压、总温、迎角。其中迎角（AOA）是飞机与大气之间相对运动的矢量与飞机或机翼上的参考线之间的角度，大多数商用喷气式飞机使用机身中心线或纵轴作为参考线。迎角数据是飞行控制的重要参数之一，飞行控制系统根据飞机全重、迎角、空速等参数，调整飞机姿态及发动机推力，以确保飞机的姿态处于安全飞行包线中。迎角传感器的故障可以导致间隙或连续性抖杆、最低速度不正确、增大控制飞机低头的操作力、空速不一致警告、高度不一致警告、AOA不一致警告、感觉压差灯亮、自动驾驶脱开等故障。

上述故障在飞行的各个阶段可能导致运行风险，包括冲出跑道、飞机返航备降、飞机失速、非指令配平。

1 迎角传感器的原理

波音737飞机有两个迎角传感器，分别装在驾驶舱前下部的两侧，飞机具备一定的运动速度后（空速80节以上），外部的气动力驱动风标叶片转动与气流方向一致，带动叶片转轴连接的两组转子线圈，在垂直的定子线圈（与机身固定的正弦余弦解算器）上产生对应的感应电动势，用于测量转子转动的角度，即飞机的运动中的迎角。

每一个迎角的角度信号分为两路输出：一路送至同侧的失速管理偏航管理组件（SMYD），用于失速警告逻辑的判断，如图1所示。

图1  SMYD接收的迎角信号

另一路送至同侧大气数据惯导组件（ADIRU）, 用于计算高度、空速等大气数据的补偿参数，如图2所示。



图2  ADIRU接收的迎角信号

2 迎角传感器的结构

2.1

AOA的外观示意图

迎角传感器分为机械部分和电气部分。机械部分由壳体、安装座、风标等组成。电气部分由两组转子线圈、两组定子正弦余弦解算器、两个电插头、加温电路等组成。如图3所示。



图3  AOA外观示意图

2.2

AOA内部线路图

迎角传感器的J1电插头包含一组解算器，将迎角信号提供给SYMD，此插头中还包含迎角传感器的电加温电路。J2插头包含一组解算器，将迎角信号提供给ADIRU。如图4所示。



图4  AOA内部线路图

3 AOA常见故障

通过梳理波音737机队的故障记录，可以将迎角传感器的故障分为以下几类。

1） 外观缺损
日常对飞机做外观检查的工作包含了对迎角传感器的目视检查，检查迎角传感器是否存在外部材料丢失、叶片弯曲、变形等故障。波音于2020年10月15日新修订了AMM中关于迎角传感器的检查标准，要求如果风标叶片受到冲击（如鸟击、冰击等），即使没有可见的外部损坏迹象，也应将叶片卸下并送至维修机构进行测试分析，以确保内部没有损坏。安装座表面痕迹/划痕不会影响叶片的空气动力学性能或面板的结构完整性，所以安装面板上的痕迹/划痕是可以接受的。

2） 转动阻尼超标
风标转子需要转动相对灵活（无卡阻），外部空速风力可以克服风标本身的重量驱动转子转动，才能有效地测量迎角传感器数值。但是风标转子还需具有一定阻尼，否则在高速气流下，会产生震颤效应，导致风标转子剧烈震动。因此要求迎角传感器的风标转子的阻尼值在一定范围内，需要进行阻尼测试。

3） 内部电路故障
内部电路故障包括加温电路故障或转子电路、解算器电路部分故障。加温电路用于迎角传感器防冰，采用115V交流电加热方式，当出现加温故障没有加温电流会导致头顶板迎角加温灯点亮。迎角传感器失去防冰功能，如果在空中结冰卡阻，无法准确测量迎角。图5为加温面板在地面的显示状态，当加温开关放在AUTO位置，加温电路由空地信号控制（飞机在空中开始加温）。加温开关放 放在ON位置，迎角传感器始终处于加温状态。



图5  加温面板图

转子电路、解算器故障会导致迎角传感器输出的数据错误或者无效，一般的故障原因是线圈断路、电阻超标等。需要分别对ADIRU或SMYD做自检测试，判断是哪一路迎角传感器的数据不正常。图6为右侧迎角传感器故障的测试页面。



图6  右侧迎角传感器故障的测试页面图

4 AOA的测试

为判断故障或者更换迎角传感器后，需要按照AMM34-21-05手册进行测试。测试的主要内容如下：

4.1

阻尼测试

将迎角传感器叶片拨至高止动点，拨至低止动点，确认叶片转动无卡阻。反向将迎角传感器叶片由低止动点拨至高止动点，确认叶片转动无卡阻。将迎 角传感器叶片停留于高止动点，缓慢用阻尼计触角将叶片数顶至低止动点并读 数，确认阻尼低于110克。将迎角传感器叶片停留于低止动点，缓慢用阻尼计触角将叶片顶至高止动点并读数，确认阻尼低于 110 克。在任一止动位，用手轻拍迎角传感器叶片，确认无其他外力影响下叶片转动不超过200度。如图7所示。



图7  AOA阻尼检查示

4.2

AOA角度精度测试

依据AMM34-21-05, 在迎角传感器叶片上安装角度固定工具J34002-19，调整到固定角度，如图8所示。



图8  AOA角度固定装置

在SMYD和MCDU读取角度数值，要求读数误差均在±1°。如图9所示。



图9  SMYD 上（左）和MCDU 上（右）的AOA角度显示

在FCC-A测试接头J3销钉51（HI）52(LO) 连接429数据分析仪，标号设置为221，读取迎角传感器角度，要求读数误差在 ±1°。

4.3

加温测试

在驾驶舱将探头加温开关放在ON位置，确认迎角传感器加温灯熄灭，确认迎角传感器温度上升，断开迎角传感器加热跳开关，确认加温灯点亮，并且停止加热。

5 故障案例分析
1）案例一，某架飞机右PFD出现“SPD” “AIL”的故障旗帜，如图10所示，更换右迎角传感器传感器，测试正常。



如图10 SPD和ALT故障旗图

具体排故过程为：飞机航前滑出后，右PFD显示器上间歇出现“SPD”和“ALT”故障旗，滑回后，做ADIRS测试，历史故障01航段有：34-21007 ADR DATA INVLD和34-21023 AOA SIGNAL FAIL维护信息，信息显示右侧迎角传感器信号错误。更换右侧迎角传感器，飞机正常放行。

当空速不一致、高度不一致故障同时出现，因为同侧的气压高度和空速计算都需要使用同侧的迎角传感器数据作为基础数据，所以首先需要检查同侧的迎角传感器。

2）案例二，某架飞机反映空中右侧PFD高度速度指示短暂消失后正常。地面做DEU自检正常，做右ADIRU自检有故障历史记录，01和04段有信息“34-21007”“34-21023”，左ADIRU自检正常。执行SMYD 2自检有历史故障信息“27-32012”，如图11所示。更换右迎角传感器，与其他飞机同位对调ADIRU R测试正常。



图11  执行SMYD 2自检故障代码图

3）案例三，某架飞机航前有左失速警告状态信息。测试SMYD-1测试0航段故障记录27-31032，SMYD-2 测试0航段故障记录27-32032，更换左右2个AOA传感器、1号SMYD和2号SMYD，测试正常。由于迎角传感器第一组解算器给SMYD提供迎角信号，用于判断飞机姿态，如出现故障会导致SMYD无法判断，并且根据该数据是否到达临界迎角，同时也会影响SMYD对最大操作空速值的计算，影响速度带速度限制的计算。此类故障可以通过SMYD的自检发现。

4）案例四，某架飞机航前滑出后反映右座PFD速度带和高度带无指示，显示故障旗，飞机滑回。更换AOA和2号ADIRU, 测试正常。本次故障排故中，通过转动右侧迎角传感器迎角风标叶片后故障消失。通过转动和敲击右侧迎角传感器迎角风标叶片故障重现。故障重现时，在CDU页面检查，ADIRU输入信号右迎角传感器显示“FAIL”。更换右侧迎角传感器后，测试正常。做预防性维护，更换右侧惯导组件，测试正常。

6 故障的快速处理方法

迎角传感器本身的工作原理并不复杂，故障形式易于区分。但是由于迎角参数对飞机大气数据的计算、失速警告逻辑的判断都起着重要作用，因此出现此类故障务必做到彻底排除，方可放行飞机。因此本文提出一种快速排故方法，具体步骤如下：

（1）对于机组反映的故障，首先询问机组故障出现的飞行阶段，或在驾驶舱观察故障是否实时存在？

（2）对于机长或副驾驶PFD上的气压高度或空速不显示，“ALT”或“SPD”故障旗出现，观察同侧的AOA传感器外观是否完好？

（3） 然后在MCDU上做ADIRU测试， 在E/E舱做SMYD测试，观察故障代码，确认AOA参数是否正常显示。尝试转动并轻微震动敲击对应的迎角传感器，观察MCDU和SMYD上迎角角度指示是否稳定变化，如果两项均正常，可以判断AOA传感器工作正常。如果数据错误，需要更换AOA传感器。

（4）对于出现失速警告故障，需要在SMYD上完成自检，并查看历史故障代码，如果有涉及迎角传感器的代码，同样可以使用上述方法隔离迎角传感器。

（5）由于迎角传感器的更换及测试比较消耗工时，因此在更换前需要有确切的判断，避免盲目更换迎角传感器，并对排故工作产生误导。详细流程见图12。

图12  快速排故流程图

7 结束语

出现迎角传感器故障的飞机是不可放行的，必须要彻底排除故障。为了避免出现恶性延误，需要对故障做快速准确的判断。本文通过对AOA迎角传感器结构和原理的分析，结合AOA迎角传感器的检查测试方法和案例分析，给出了一种故障快速排除的基本思路和方法，对保证飞机安全和航班正点有着重要的意义。