飞行模拟机EMM运动系统典型故障分析与处理

王泰龙

（东航技术应用研发中心 上海市 201700）

飞行模拟机是在地面上模拟飞机在空中飞行和运动的一个综合性训练设备。通过对飞行模拟机EMM 运动系统的主要组成结构进行介绍和分析，并且根据训练过程中发生的故障现象，进行诊断和处理。

1 模拟机系统概述

模拟机全称全动飞行模拟机（FFS，Full Flight Simulator），也被称为全功能模拟机。全动模拟机完全按照真实驾驶舱构建，使用电力和液压系统驱动，能够模拟几乎全部特殊情况并提供近乎真实的运动体感，是当今航空公司飞行员训练不可或缺的设备。飞行员在这类模拟机上的训练，可以折算为真实飞行经历。

模拟机是以软硬件相关技术于虚拟环境中模拟人员在操作装备时，所面临的视觉、听觉、触觉、动觉及装备操作反应等真实现象。全动模拟机共有4 个级别，从低到高为A-D，D 为最高级模拟机。

模拟机的组成主要由驾驶舱、运动系统、控制载荷系统、视景系统、计算机系统、接口系统、教员台、音响系统等构成。其中运动系统为模拟机提供了六自由度（Surge，Sway，Heave，Roll，Pitch and Yaw），保证了飞行训练的真实性，是模拟机系统的重中之重。

2 EMM运动系统概述

目前东航技术应用研发中心装备的模拟机为D 级模拟机，由CAE 公司制造，其电动运动系统（EMM 运动系统）平台由MOOG公司提供，该EMM 运动系统采用全新的电动作动筒来驱动整个驾驶舱平台。运动系统的变压器将电源通过电磁过滤器（EMI）后接入运动控制柜。EMI 对电磁干扰的过滤作用是双向的，不仅可以过滤输入外电对运动系统的干扰，亦可以抑制运动系统对其他设备的干扰。

2.1 组成部件介绍

2.1.1 电动作动筒（EMA）

即我们常说的模拟机的“腿”。EMA 的工作原理是将旋转运动转换为直线运动：当电流加载到定子上，定子旋转转子，并带动螺杆。螺母与外筒组件沿着螺杆径向运动，外筒进行伸长或收缩运动。电动作动筒具有优秀的动态响应、可靠性高、低噪音、低震动等特点。作动筒相关组件介绍：

（1）滚珠丝杆组件，其主要作用为将旋转运动转换为直线运动，紧公差使定位更加精确以及可以使内部摩擦力降到最低，将负载能力大幅提升。

（2）HIPERFACE®编码器，位于作动筒底部。其主要功能为将电机位置信号编译成电信号，并反馈给电机（电机旋转1/32768圈对应滚珠丝杆伸缩25/32768 毫米），提供速度、位置、整流信息等，通过RS-485 与电机通讯，与滚珠丝杆组件同轴且精度高达12 位。

（3）缓冲/减震组件，是一种关键安全组件，目的为使滚珠丝杆在伸缩过程末端减速。内有密封储油囊与氮气囊，在滚珠丝杆伸长与收缩过程中都能起到保护作用。

（4）缓冲/减震组件接线，由回位开关和压力开关组成。回位开关触电闭合表明作动筒回归初始位置；压力开关触点闭合表明缓冲/减震组件内压力大于100psi。当压力低于100psi 时，运动系统不会工作。

2.1.2 作动筒驱动（MOTOR DRIVE）

电机控制组件接受来自运动计算机Motion PC 的作动筒位置命令，对每个作动筒电机进行伺服控制（包括速度与位置）。电源部分包含电源设备与逻辑电路，以驱动作动筒电机。控制组件DS2110 Control Head 通过Sercos 接口与Motion PC 进行频率为1KHz 的通信，监控电机可能发生的错误情况（如短路，超温等）。

2.1.3 作动筒归位部件（RTH）

作动筒归位部件（RTH），即归位部件（Return To Home）。主要包括回位控制器、动态制动电阻、48V 蓄电池系统、回位热敏电阻以及蓄电池充电器。该组件起到非常重要的安全作用——使作动筒电机失电后，运动平台能够以安全速度落下。失电可能是由于紧急关断、错误情况或者是运动机柜断电导致的。每条作动筒配备有两块电阻，一块与接触器CR5、CR6 和CR7 连接，另一块与回位控制器连接。电阻可以按需调整，使每条作动筒收缩的速度相匹配。比如在EPO 情况下，内部链路检测到故障条件，同时接通48V 直流电源，由电池组提供给RTH 供电，RTH 开始接通动态阻滞电阻电路，使作动筒缩回过程中产生的电动势能够被阻滞电路消耗掉。

2.1.4 接口板卡（IFB）

负责运动控制机柜内各组件之间的通讯。包含一块FPGA，用来控制各逻辑线路的运行，输出24V 直流电以及与PLC 相连，为其提供接口通讯等功能。

2.1.5 MOOG 计算机

MOOG 计算机，是运动系统的控制中心。通过Firewire 与OPServer 相连，接受其发布的位置命令。通过Sercos 光纤，将位置命令转发给电机组件。拥有基于视窗Windows 用户界面，可以用来监控系统状态，配置软件参数或对运动系统进行人工操作。

2.1.6 仿真计算机

该计算机是运动系统的重要组成部分，通过运行能够对实际的对象和环境进行科学的模拟，从而实现飞机自由运行发动机推力和飞行系统科学模型的实时运转，从而对飞行模拟器进行有效的管理。

2.1.7 操纵系统模拟器

操纵系统模拟器，根据真实飞机的操作感觉和实际的感知，脚蹬的位置移动以及操纵的力度根据飞行的情况具体而定。飞机模拟EMM 运动系统即采用了一种高水平的自动系统来模拟操纵杆的位移。

2.2 工作过程简介

当安全回路中的电压、温度、短路过载情况、远程EMO、动态制动电阻以及回位系统等一切正常时，运动系统才可以正常启动并运行。当运动系统正常加载后，EMA 升起。运动系统通过MOOGPC，受到HOST 计算机以及MCLPC 控制。MOOG 计算机将运行系统软件，同时将各种配置文件加载到相关的软件中，为运动系统的运行做好准备。

3 典型故障分析及处理

3.1 故障现象

某日早上飞行员反映A320#5 模拟机运动无法升起，检查发现Control Loading 可以接通，但运动无法加载。经工作人员前往运动机房检查后发现MCLLOGIC 上显示故障信息为“RTH Interlock Failure”，EMM 柜内的接口板卡（IFB）上三个红灯亮。若不及时排除故障，飞行员就无法在训练时感受真实的体感，从而达不到相关的训练效果。并且模拟机的每场训练花费较高，若故障排除不及时，将直接造成公司的经济利益受损。

软件故障通常都是在视觉系统混乱的过程中，使得通道无法正常的开启，而通常我们都认为它已经开启了。如果在LED 指示灯已经提示出现问题，要想查找到问题出现的抢戏原因就是要通过通讯系统来获得信息，帮助我们对这些事物进行深入的诊断和分析这种方法能够帮助我们来证明是不是某一个开关或者某个输入系统使得通道没有打开。视景系统是一个相对复杂的系统，需要对各个部分各个结构有充分的了解和认识，并且结合具体的实际工作去诊断和排除。这样才能够将故障发生率降低到最小。

3.2 分析与处理

根据发生的故障，我们首先分析是运动系统计算机宕机导致该故障的发生，参照常见故障的处理方法，迅速采取如下处置措施：

首先复位MOOG PC 上的MOTION BASE 软件，无效；接着复位MCLLOGIC，无效。

采取上述二个复位措施后，系统仍然不能正常，说明了运动系统计算机正常，经分析EMM柜可能存在问题，接着采取了下述措施：

复位EMM 柜，报错，IFB 红灯亮，MOTION BASE 无法完成初始化；重新启动MCLPC 计算机并重新load，无效。

上述复位、重启措施实施后，系统仍然不能正常，进一步的分析，判断可能MOOG PC 的相关配置文件存在错误，根据该分析结果，修改MOOG PC 的相关配置文件，故障依旧。

由于在前两天A320#5 出现过motion 无法升起的故障，结合故障信息“RTH Interlock Failure”，我们依次检查了6 个RTH 的J1-2 与J1-3 管脚之间的电压，发现前两个RTH 正常（24V），后四个异常（0V），考虑到6 个RTH 之间是串联结构，判断错误可能发生在RTH-C 处，由于RTH-C 出错，导致RTH-D,E,F 也出错。

根据以上分析与判断，我们使用备件替换RTH-C，并将其周围连线进行紧固，故障依然不能排除，由于担心备件也是坏的，交换RTH-C 与RTH-D，故障仍然存在，基本确定不是RTH-C 本身的问题。

由于RTH 向上有很多接线与IFB 相连，经分析后，我们怀疑IFB 有问题，故借用了相同件号的IFB 进行替换，替换后发现故障依然存在，且A320#5 的IFB 在其他模拟机上可以正常使用，基本排除IFB 本身故障的可能性。

继续检查并紧固EMM 柜内各种接线以及保险丝，未发现问题，考虑到RTH-C 本身无问题，怀疑可能是RTH-B 对RTH-C 的输出有问题，更换RTH-B 后，故障依旧不能消除。于是怀疑EMM 端故障可能已经清除，但是SIMNODE 中相关数据可能未恢复正常，将SIMNODE 重新启动，故障仍然存在。

各个相关部件的问题已经排除，怀疑是接线的问题，由于没有详细的EMM 柜内部的图纸，并且目视无法分辨具体管脚之间的互联关系，向MOOG 人员咨询后得到了IFB 与RTH 之间的接线图以及相关故障排除建议，根据图纸我们详细检查了多组接线的通路情况，最后发现IFB上的P18-J8管脚与RTH-C上的J1-3管脚之间断路，将两处接头内的接线分别剥出试验后发现P18-J8 管脚的接触不良，将其重新安装、紧固处理后故障排除。

3.3 总结

这是一起典型的EMM 运动系统故障案例，与常见的故障有着很大的不同。常见故障情况下，只需要复位运动系统计算机或是重启电源即可，这次故障原因却难以寻找，较为复杂。

此次典型故障的分析与处理，整个过程中首先根据故障信息发现RTH-C 的接头管脚之间电压异常，然后根据这一线索由简单到复杂逐级排查，按照容易操作的优先以及可能性大的优先的方式，确定各个环节与部件是否有问题，最后找出了问题所在。分析与处理过程中遇到的最大困难在于没有详细的EMM 柜内部图纸，无法按图索骥，快速确定故障。另外，此次故障排除过程，也说明即使是平时不会触碰并且不受振动的接线也存在接触不好的可能性，虽然是小概率事件，但也有可能是引起故障的罪魁祸首。

4 改进方法

在今后模拟机的维护过程中，出现类似故障，应从下列几方面入手：

（1）首先我们应查阅相关的手册，依据所列引起故障的可能性逐一检查。在检查没有问题的前提下，再开始逐级向上进行排除，最终确定故障的位置。另外，在无备件的情况下，利用交换法能够很有效的帮助我们确定故障的方位和排查工作的顺利进行，准确的定位可以有效地遏制故障的夸大化，以造成更大的问题出现；

（2）平时应妥善保管并整理EMM 运动柜、Mclpc、MoogPc等相关机器图纸，当遇到不常见的或者较复杂的故障时，按图索骥才能快速确定故障，锁定部件，解决问题。若发现相关图纸缺失，应及时向厂商索要，补充完整；

（3）制定详细且完备的检修计划，将运动系统机柜、电缆、开关和连接是否正常、运动系统机柜清洁与滤网定期更换、运动作动筒清洁与检查等项目加入检修计划。由于部分模拟机使用年限较长，各类仪表的接口及其连接线经常会发生接触问题，检查及排除故障时应着重留意；

（4）将此次典型故障案例编制在维修教案中，供大家进一步分析与探讨，进一步完善分析排查流程，从而快速准确地判断故障，并行之有效地予以排除。

通过对飞行模拟机EMM 运动系统各结构详细的介绍，并对系统运行中发生的故障进行分析和思考，摸索了这起典型故障的诊断以及排除的方式，使故障得以较快地排除，保证了飞行训练的正常开展。在今后飞行模拟机的维护过程中，只有不断地进行摸索和尝试，才能够降低故障的发生频率，有效地排除问题，更好的保障飞行训练任务的完成。