电子技术与软件工程
Electronic Technology & Software Engineering
电子技术Electronic Technology
王泰龙
(东航技术应用研发中心上海市201700 )
摘要：本文对飞行模拟机E M M运动系统典型故障分析与处理进行了研究。飞行糢拟机主要功能为飞行员提供基本的飞行训练、熟悉 飞行航路等。飞行训练中真实体感不可或缺。糢拟机的运动系统便是提供真实体感的关键因素。当运动系统出现故障，电动作动筒无法升 起时，需要逻辑上从简单到复杂进行故障排查与分析，发现故障源头，从而到解决办法。
关键词：I)级模拟机；E M M运动系统；电动作动筒；接口板卡
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E M M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（F F S，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/六自由度（S u r g e，S w a y，H e a v e，Roll，
Pitch and Y a w)，保证了飞行训练的真实性，是模拟机系统的重中
之重。
2 E_l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
C A E公司制造，其电动运动系统（E M M运动系统）平台由M O O G
公司提供，该E M M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（E M I)后接
入运动控制柜。E M I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C E M A)
即我们常说的模拟机的“腿”。E M A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) H I P E R F A C E®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R S-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lOOpsi。当压力低于l O O p s i时，运动系 统不会工作。
2.1.2 作动筒驱动（M O T O R D R I V E)
电机控制组件接受来自运动计算机M o t i o n P C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 D S2110 Control H e a d 通过Sercos 接口与M o t i o n P C 进行频率为l K H z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（R T H)
作动筒归位部件（R T H)，即归位部件（Return T o H o m e)。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一一使作 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C R5、C R6和C R7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E P O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R T H供电，R T H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（I F B)
负责运动控制机柜内各组件之间的通讯。包含一块F P G A，用 来控制各逻辑线路的运行，输出24V直流电以及与P L C相连，为 其提供接口通讯等功能。
2.1.5 M O O G计算机
M O O G计算机，是运动系统的控制中心。通过Firewire与 O P S e r v e r相连，接受其发布的位置命令。通过S e r c o s光纤，将位 置命令转发给电机组件。拥有基于视窗W i n d o w s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 E M M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E M O、
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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，E M A升起。运动系统通过 M O O G P C，受到H O S T i十算机以及M C L P C控制。M O O G i十算机 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 L o a d i n g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M C L L O G I C上显示故障信息为“R T H Interlock Failure”，E M M柜内的接口板卡（I F B)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L E D指示灯 己经提示出现问题，要想查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M O O G P C上的M O T I O N B A S E软件，无效；接着 复位M C L L O G I C，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E M M柜可能存在问题，接着采取了下述措施复位E M M柜，报错，I F B红灯亮，M O T I O N B A S E无法完成 初始化；重新启动M C L P C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M O O G P C的相关配置文件存在错误，根据该分析结 果，修改M O O G P C的相关配置文件，故障依旧。
由于在前两天A320#5出现过m o t i o n无法升起的故障，结合 故障信息“R T H Interlock Failure”，我们依次检查了6个R T H的 J1-2与J1-3管脚之间的电压，发现前两个R T H正常（24V)，后 四个异常（
0V)，考虑到6个R T H之间是串联结构，判断错误可 能发生在R T H-C处，由于R T H-C出错，导致R T H-D，E，F也出错。
根据以上分析与判断，我们使用备件替换R T H-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 R T H-C与R T H-D，故障仍然存在，基本确定不是R T H-C本身的问题。
由于R T H向上有很多接线与I F B相连，经分析后，我们怀疑 I F B有问题，故借用了相同件号的I F B进行替换，替换后发现故障 依然存在，且A320#5的I F B在其他模拟机上可以正常使用，基本 排除I F B本身故障的可能性。
继续检查并紧固E M M柜内各种接线以及保险丝，未发现问题，考虑到R T H-C本身无问题，怀疑可能是R T H-B对R T H-C的输出 有问题，更换R T H-B后，故障依旧不能消除。于是怀疑E M M端 故障可能己经清除，但是S I M N O D E中相关数据可能未恢复正常，将S I M N O D E重新启动，故障仍然存在。
各个相关部件的问题己经排除，怀疑是接线的问题，由于没有 详细的E M M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M O O G人员咨询后得到了 I F B与R T H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I F B上的P18-J8管脚与R
T H-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E M M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，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R T H-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E M M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E M M运动柜、M c l p c、M o o g P c 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E M M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
东航飞行员招聘行训练任务的完成。
参考文献
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[3] 于安兴.C A E R4系列飞行模拟机运动系统故障分析[J].设备
管理与维修，2019 (21): 151-152.
作者简介
王泰龙（ 1996-)，男，江苏省泰州市人。南京航空航天大学自动
化专业毕业，大学本科学历。现在东方航空公司技术应用研发中心
工作，助理工程师。
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