摘 要：航姿系統(tǒng)作為飛機主導(dǎo)航系統(tǒng)的備份系統(tǒng)，是飛機上比較重要的電子設(shè)備，此系統(tǒng)的性能指標將直接關(guān)系到飛機的飛行安全和綜合性能。本文闡述了新型捷聯(lián)航姿系統(tǒng)工作原理，并將其與傳統(tǒng)航姿系統(tǒng)進行對比，通過在某型飛機上應(yīng)用證明了新型捷聯(lián)航姿系統(tǒng)的先進性和實用性。

關(guān)鍵詞：捷聯(lián)航姿;對比;應(yīng)用

1 緒論

航向姿態(tài)系統(tǒng)是飛機的備份航向姿態(tài)輔助系統(tǒng)，當飛機主導(dǎo)航系統(tǒng)故障時，向機上其它電子設(shè)備提供飛機的俯仰角、橫滾角、航向角信息，確保飛行安全。

國內(nèi)早期設(shè)計的飛機上配備的航姿系統(tǒng)主要是由航向陀螺和垂直陀螺兩大部件組成的航向姿態(tài)系統(tǒng)，它是以框架式陀螺為基礎(chǔ)的機電儀表，一般作為飛機的主要導(dǎo)航系統(tǒng)，在裝有慣導(dǎo)系統(tǒng)的飛機上一般作為備份導(dǎo)航系統(tǒng)。隨著航空電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是微機械技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了無框架的捷聯(lián)航姿系統(tǒng)，它以其結(jié)構(gòu)簡單，體積小，可靠性高等特點，逐漸取代了老一代航姿系統(tǒng)，成為眾多飛機的主要或備份導(dǎo)航系統(tǒng)。

2 傳統(tǒng)航姿系統(tǒng)的原理及功能

傳統(tǒng)的航姿系統(tǒng)其姿態(tài)信息和航向信息是分別由兩個獨立的部件完成的，其中垂直陀螺感受并輸出飛機的俯仰、傾斜角度，航向陀螺感受并輸出飛機的航向角度。

2.1 傳統(tǒng)航姿系統(tǒng)主要設(shè)備作用原理

2.1.1 垂直陀螺

垂直陀螺是由三自由度陀螺儀、托架隨動系統(tǒng)、鎖定機構(gòu)、傾斜和俯仰機構(gòu)修正系統(tǒng)等主要部分組成的。

三自由度陀螺儀是垂直陀螺的基礎(chǔ)部分，它由陀螺馬達、內(nèi)環(huán)架和外環(huán)架構(gòu)成。它的核心是一個繞自轉(zhuǎn)軸作高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子借助自轉(zhuǎn)軸承安裝于內(nèi)環(huán)中，內(nèi)環(huán)借助內(nèi)環(huán)軸上一對軸承安裝于外環(huán)中，外環(huán)借助外環(huán)軸上的一對軸承安裝于基座上。自轉(zhuǎn)軸線與內(nèi)環(huán)軸線垂直且相交，內(nèi)環(huán)軸線與外環(huán)軸線垂直且相交。進入正常工作狀態(tài)時，外環(huán)架軸平行于飛機橫軸，并作為飛機俯仰角的測量軸，陀螺馬達自轉(zhuǎn)軸具有定軸性并依靠修正裝置保持在當?shù)氐牡卮咕€位置。

陀螺儀基本結(jié)構(gòu)，隨動托架由隨動系統(tǒng)驅(qū)動，使陀螺馬達自轉(zhuǎn)軸、內(nèi)環(huán)軸、外環(huán)軸之間始終保持垂直關(guān)系。隨動環(huán)軸與飛機縱軸相平行，并作為飛機傾斜角的測量軸。

陀螺儀主軸的垂直位置由修正系統(tǒng)保證。修正系統(tǒng)由固定在陀螺組合件下面的液體修正開關(guān)位于萬向支架內(nèi)環(huán)軸上的縱向修正馬達和位于外環(huán)軸上的橫向修正馬達等主要部分組成。當陀螺儀主軸偏離垂直位置時，液體修正開關(guān)輸出電壓信號，使相應(yīng)的修正馬達工作，陀螺儀主軸便恢復(fù)到垂直位置。

垂直陀螺結(jié)構(gòu)原理，飛機在機動飛行時，為了提高傾斜和俯仰指示的精度，必須停止對陀螺儀的修正。飛機在轉(zhuǎn)彎時的橫向修正電路用角速度信號器和橫向修正斷開開關(guān)斷開。在有縱向加速度作用時，縱向修正電路用位于陀螺儀上的液體縱向斷開開關(guān)斷開。角速度信號器的工作原理是利用二自由度陀螺儀為敏感元件，感受轉(zhuǎn)彎角速度，并變換為電信號后，加到延時機構(gòu)上。

2.1.2 航向陀螺

航向陀螺是三自由度陀螺儀，工作原理與垂直陀螺相同，它還有兩個隨動框架保持陀螺儀萬向支架外環(huán)軸對地垂線的穩(wěn)定。兩個隨動框架由垂直陀螺給出傾斜信號和俯仰信號（由放大器將信號放大）進行修正，而構(gòu)成傾斜和俯仰隨動系統(tǒng)。

為了提高航向精度，一般將航向陀螺與磁航向修正系統(tǒng)傳感器配套使用。感應(yīng)式磁航向傳感器是磁航向修正系統(tǒng)的中心部件，它感受飛機相對于磁子午線的夾角，并輸出與之相對應(yīng)的信號到修正系統(tǒng)中，以此修正航向陀螺發(fā)出的航向信號。

2.2 傳統(tǒng)航姿系統(tǒng)主要功能

傳統(tǒng)航姿系統(tǒng)以ARINC407標準同步器形式向電子飛行儀表等系統(tǒng)提供飛機的航向姿態(tài)信號。

3 捷聯(lián)航姿系統(tǒng)原理及功能

捷聯(lián)航姿系統(tǒng)相比機械陀螺相比沒有實際的慣性平臺。慣性傳感器（陀螺儀和加速度計）直接固連在平臺上。

某型飛機的捷聯(lián)航姿系統(tǒng)由航向計算機、磁傳感器和GPS天線構(gòu)成，通過航向姿態(tài)計算機內(nèi)部的IMU感受并輸出沿機體三個軸向的角速度和線加速度信號，然后將IMU的輸出信號與磁傳感器輸出的航向信號以及GPS信息組合，經(jīng)航姿解算，輸出俯仰、橫滾、航向信息，送到機上其他航電設(shè)備。

3.1 捷聯(lián)航姿系統(tǒng)主要設(shè)備作用原理

航姿計算機由慣性測量單元（IMU）、航姿解算板、數(shù)字-同步器信號轉(zhuǎn)換板、GPS接收板、電源轉(zhuǎn)換盒、母板、箱體、2個接口和安裝架組成。

航姿計算機通過接口1獲得直流+28V及交流26V/400Hz電壓，電源轉(zhuǎn)換盒為計算機內(nèi)各部件提供電源并向外輸出磁傳感器工作所需的+8V直流電壓。航姿計算板采集計算機內(nèi)、外部的傳感器測量數(shù)據(jù)，對其進行誤差補償之后完成組合航姿解算。解算結(jié)果由接口1分兩路輸出：一路通過ARINC429數(shù)據(jù)總線輸出，另一路通過D/S轉(zhuǎn)換板以ARINC407信號的形式分別輸出給其他設(shè)備。

3.2 捷聯(lián)航姿系統(tǒng)主要功能

a）計算出飛機的姿態(tài)角和磁航向角，并以ARINC407標準同步器形式（電壓范圍11.8V/400Hz）輸出;

b）以符合HB6096-86標準（以下簡稱429）的數(shù)據(jù)形式輸出飛機的角速度、加速度、航姿角以及GPS信息;

c）系統(tǒng)具有上電自檢、啟動自檢和周期自檢功能;

d）系統(tǒng)可提供航姿有效離散量輸出。

4 結(jié)論

綜上所述，捷聯(lián)航姿系統(tǒng)組件少、重量輕、精度高、體積小、操作簡單、維修性好等性能優(yōu)點能更好滿足飛機的使用需求，能更好滿足目前以及未來飛機減重的要求，是未來飛機航姿系統(tǒng)的主流;傳統(tǒng)的機械式航姿系統(tǒng)將逐漸退出歷史的舞臺。

參考文獻：

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作者簡介：沈惠秋（1985-），女，漢族，江蘇南通人，本科，設(shè)計員，工程師，研究方向：飛機航電系統(tǒng)。