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飞机无线电罗盘罗差超差原理

发布时间:2019-04-09   |  所属分类:应用电子:论文发表  |  浏览:  |  加入收藏

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飞机无线电罗盘罗差超差原理

  【关键词】无线电罗盘;罗差超差;电磁环境

  1引言

  无线电罗盘是我国研制和定型生产的一种机载无线电导航设备。它是根据地面导航台发射的无线电波方向自动测出地面导航台和飞机纵轴之间的夹角,即电台相对方位角,同时与地面台配合实现导航功能。由于存在电离层变化、罗盘天线安装状态异常,机身二次辐射等因素影响,罗盘在定向过程中会形成一定的定向误差。其中由于机身的二次辐射引起的定向误差称为罗差。罗差的大小具有一定的规律性,数值也比较固定。

  2罗差产生原因及补偿方法

  地面导航台发射的定向无线电波传播到机体时,在机身部件上引起感应电流而产生二次辐射波,二次辐射波的频率和导航台发射的频率相同,两种电波合成的结果,使电波空间传播方向与一次电波方向不同,造成导航台位置改变的假象,导航台相对方位角(θ)与导航指示器指示角度之间的差角,即罗差。罗差的大小与导航台发射无线电波的入射方向和飞机机体的形状有关,具有一定的规律性。由于飞机机体具有横向和纵向的对称性,当入射电波方向由0°到360°变化时,机身二次辐射电波的方向也作周期性变化,当入射电波方向为0°、90°、180°、270°时,二次辐射波的方向恰好与入射波方向相反,合成电波方向不变,因而不会出现罗差,在其它方向,二次辐射波方向与入射波方向不是恰好相反,合成电波的方向发生变化会出现罗差。罗差随导航台相对方位角变化关系如图1所示。θ方为0°~90°和180°~270°之间时,罗差为正值;θ方为90°~180°和270°~360°之间时罗差为负值。罗差曲线近似为正弦曲线,各种飞机结构虽然不同,但曲线的规律是接近的,故对罗差可以进行补偿。对大多数现代飞机来说,通常最大罗差在+5°~-25°的范围内(罗差的+、-号以第一象限代表,+号的罗差表示指示的角度比电台的实际方向角要小)。在进行罗差补偿之前,首先必须知道该机的罗差曲线。由经验得知,对于同一机型的飞机,同一罗盘以及经过仔细、妥善安装的环形天线,可以得到相近的固有罗差曲线。罗差曲线有时出现两种误差:即罗差(在基准线上的类正弦曲线)及环形天线安装误差(曲线沿纵轴上、下平行的移动)。当环形天线妥善安装时,不会出现后一种误差。有了某一型机精确测定的固有罗差曲线,就可用环形天向和罗差补偿电路相配合进行罗差补偿。设:飞机固有罗差-22°,环形天线补偿+10°,罗差补偿电路补偿+12°,环形天线安装误差0°。罗差补偿曲线举例见图2。由于环形天线、罗差补偿电路的罗差补偿曲线与飞机的固有罗差曲线是很接近的类正弦曲线,故进行补偿时,只要按罗差的最大幅度与+、-号进行,就满足各个方位角的补偿准确度(剩余罗差)的要求。

  3故障提出及分析

  3.1故障现象

  在地面校罗盘时,发现某型飞机2号无线电罗盘罗差超差问题,主要现象有:①0°方位受影响偏差较大(卸去牵引杆后,指示满足要求);②校完一圈罗差后,不能回零,有时偏差3°;③180°方位超差,有时偏差3°。而1号无线电罗盘在罗差校准过程中,各方位都满足技术指标要求,未发现超差问题。

  3.2故障影响分析

  机载无线电罗盘是飞机的基本导航设备,指引着飞机按预定的航线飞行,其功能正常与否直接关系着飞行安全,是重要的飞行保障设备。其主要用途包括:①为飞行员提供飞行航线相对地面导航台的方位角,并提供台标识别;②辅助导航着陆,飞机着陆时,飞行员只要使飞机对准罗盘指示0°的方向飞行,就能很方便的找到机场,从而达到辅助导航着陆的目的;③对飞机进行定位测量,飞机上一般装载有两部无线电罗盘接收机,在使用中只要将这两部罗盘接收机分别调谐在两个已知的不同位置的地面导航台的频率上,从而得到两个相对方位角,根据这两个相对方位角,在地图上可画出飞机相对于这两个地面导航台的两条相应的方向线,这两条线的交点便是飞机的位置。某型飞机上目前装备了2套无线电罗盘,这2套无线电罗盘互为备份。目前已知1号罗盘地面校罗差时指示稳定,罗差满足要求,2号无线电罗盘出现罗差超差问题,造成罗盘指针指示不准确,可在检飞过程中,若出现2套罗盘指示不一致现象,以1号罗盘为准,不会对飞行安全造成影响;但若在未知情况下出现故障,就有可能在进场着陆时飞机冲出机场跑道外,对飞机员的安全造成影响。

  3.3故障原因的初步分析

  根据无线电罗盘罗差超差故障现象描述,依据罗差产生原因以及罗盘安装位置进行分析,初步认为引起超差现象的原因有三个:①机场附近的电磁环境日趋复杂多变,地面附近各种电磁信号的多径散射,造成无线电罗盘天线装在机腹时地面定向不稳定;②飞机机体外形大小对中长波信号非常敏感,大型飞机机体较大,飞机停放在地面时,机体与地面之间形成较大的腔体,这个腔体一方面使地面电磁波的反射更为复杂,另一方面使导航台发射信号在机腹罗盘天线附近的衰减增大,导致天线附近导航台信号辐射波与发射波混乱,罗盘定向不稳定;③地面电磁多径散射会造成固有罗差曲线严重畸变,各象限罗差不对称,达不到理论的正弦曲线,无法在地面通过罗差校正来进一步减小剩余罗差。类似校罗差超差的问题在其他机型上也有出现,主要原因都是受到地面环境的影响,而在空中检飞时,无线电罗盘零位指示均正常。

  4试验验证和处理意见

  为了进一步分析2号罗盘超差原因,利用某型飞机的综合数据管理设备的地面回放设备,对某型飞机025、022两架机3个飞行架次存储卡中记录的着陆过程中多功能显示器导航画面罗盘指针数据进行了回放读取,具体数据见表1~3.从以上飞行数据分析,剔除读数误差及指针摆动影响,以及飞机在转弯过程中罗盘处于跟踪状态,读数无法正确分析外,某型飞机025架机与022架机在对准跑道着陆过程中的数据基本一致,以磁航向59°为阎良机场跑道基准,只有022架机最后一组数据超出±3°的指示要求,而此数据是最后着陆瞬间的记录数据,此时飞机已降落,受地面环境影响较大。通过对上述数据进行分析,与初步故障分析结果一致。综合以上分析及试飞数据,可以认为只要在地面上将0°方位及前向方位校准后,可保证180°方位的准确。鉴于地面电磁环境的复杂性,2号罗盘180°及其他后向方位定向不稳定难以准确校准,因此,建议地面校罗差时2号罗盘只校准0°、315°和45°方位。

  5结束语

  无线电罗盘是依赖于地面导航台发射的无线电电波进行定向,其方位准确度主要受电磁波极化变化影响。因环形天线要求利用垂直极化波,所以电磁波在传播途中因地物以及大型飞机的机翼、起落架均较大的影响会发生极化畸变,造成零点偏移不稳定。所以罗盘天线安装时,最好选择机身背部上,以减少对罗差的影响。依据上述原因,在新研的某型飞机中已将无线电罗盘1、2号组合天线全部再装在机身背部,减弱因地面环境复杂和飞机本身结构对罗差的影响,保障了飞机的飞行安全。

  参考文献

  [1]WL-11无线电罗盘使用维护说明书[D].国营第七六五厂.

  [2]王畅.某型飞机校正罗差测量方法研究,2012航空试验测试技术学术交流会论文集[J].测控技术,2012.

  [3]于学发,希林.WL-7无线电罗盘校罗差的简易方法[S].航空维修,2003,06.

  作者:范岩 单位:航空工业集团西飞


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