导弹与航天运载技术
MISSILES AND SPACE VEHICLES
1999年 第2期　No.2 1999



一次惯性平台失稳倒台故障分析
赵春海
　　摘要　平台失稳倒台是一种关系到火箭成败的严重故障。介绍了一次在惯性平台制造中发生的失稳倒台故障。通过故障检查、机理分析和逐级分析试验，最后找到了故障原因。
　　主题词　惯性平台，稳定性，故障分析。
The Trouble Analysis of An Inertial Platform
Running Away Because of Mis-stability
Zhao Chunhai
(Beijing Xinghua Machinery Factory，100854)
　　Abstract　It is one of the serious troubles being of vital importance to success of a rocket that an inertial platform runs away because of mis-stability. This paper presents one of the troubles that happened while the platform was manufactured. And the cause of the stabilization trouble is found by examining the trouble mechanism study and testing step by step.
　　Key Words　Inertial platform, Stability, Fault analyzing.
1　前　言
　　惯性平台提供空间惯性坐标基准，由平台稳定回路来实现。惯性平台为三轴稳定，因此，有3条稳定回路组成平台稳定系统。系统示意图如图1所示。当平台受干扰力矩时，台体偏离某轴惯性基准。以平台X轴为例，X轴受干扰力矩时，台体就偏离X轴惯性基准。此时X陀螺就敏感台体偏离角速度，输出电信号，经前置放大器、变换放大器等电子线路，传递为直流信号输入到X轴平台力矩电机。力矩电机发生电磁力矩，抵消干扰力矩，使台体保持在惯性空间。稳定回路的某一环节发生故障，可使惯性平台不能稳定在惯性空间，也就是平台失稳，失稳即引起倒台。


图1　平台稳定系统
　　无论是挠性平台、静压气浮平台，还是静压液浮平台、全液浮平台，都出现过失稳倒台。失稳倒台是各种类型惯性平台的常见故障。失稳倒台一旦发生，往往使惯性平台失效。火箭上惯性平台失稳倒台时，火箭必然失去控制，极易导致星损箭伤的重大事故。
2　故障现象
　　某平台进行工艺振动后的第2次误差系数分离。测试前，平台温控系统工作，平台内腔温度恒定在一个特定的温控点。平台加电测试，待三轴稳定回路正常工作后进行锁定。约10 s后，平台测试系统的UPS稳压电源发出较大的异常响声。X轴和Z轴力矩电机电流有±2 A的摆动，Y轴力矩电机电流有大于±1 A的摆动。此时，立即切断稳定回路，同时从平台帽盖窗口观察到平台外环绕X轴负向转动，转动约一周后停止。与此同时，陀螺仪陀螺马达的电流达到非正常值，A相为400 mA，B相为440 mA，而C相为410 mA。然后顺序断电。
3　故障检查
　　a) 平台测试系统检查。
　　 先检查测试系统全部测试电缆，检查结果全部符合测试要求，再检查计算机、处理机、电源和其它部分。对自检系统加电，检查结果全部正常。
　　b) 电流仪表箱检查。
　　先检查保险丝。X轴稳定回路和Y轴稳定回路保险丝都是1 A，未熔断。Z轴稳定回路保险丝为0.75 A，已熔断。保险丝上标称值分别为0.75 A和1 A，均符合测试要求。保险丝不熔断，属不正常。
　　c) 平台电路检查。
　　先采用三用表检查平台电路阻值。检查结果全部符合设计指标，再用三用表高阻档检查平台绝缘电阻。平台绝缘电阻不正常。
　　d) 电气元件检查。
　　先检查导电滑环的功能，转动内外环导电滑环导通良好，再检查平台姿态角传感器，检查结果全部正常。
　　e) 惯性仪表检查。
　　测试电缆接插正常后，对平台上惯性仪表加电检查。
　　1) 3个陀螺仪陀螺马达同时加电，轻微晃动平台三轴，此时，X陀螺仪无输出，Y陀螺仪和Z陀螺仪有输出。确认X陀螺仪的陀螺马达不工作，X陀螺仪失效。
　　2) 陀螺加速度计加电，闭合陀螺加速度计伺服回路，功能检查正常。确认陀螺加速度计正常。
　　3) 挠性加速度计加电，输出正常。确认挠性加速度计正常。
4　故障分析
　　经过故障检查，故障分析的重点部位可以明确。平台绝缘电阻下降，需分析平台环境；平台X轴失稳倒台，需分析X轴稳定回路；历史上稳定回路上变换放大器出现批次性质量问题，需再次分析变换放大器。为此，进行逐步分析的试验工作。
　　a) 检查平台系统电路。
　　故障检查工作两天后，故障分析试验前，再检查平台绝缘电阻情况。绝缘电阻仍不符合设计指标要求。
　　b) 变换放大器加电试验。
　　平台处于自由状态，变换放大器应该有一定量输出。试验中发现，Y轴变换放大器和Z轴变换放大器有正常输出。X轴变换放大器输出不正常。
　　c) 陀螺仪陀螺马达加电试验。
　　陀螺仪正常工作后手拨晃动台体，陀螺仪应有输出。输出值应该是内环碰限动块的最大电压。试验中发现，Y陀螺仪和Z陀螺仪能输出最大电压。X陀螺仪输出为＋0V和一5V，未达到最大电压。因此X轴稳定回路存在故障。
　　d) X轴稳定回路故障试验。
　　X轴稳定回路不能正常工作，可能是X陀螺仪存在故障，也可能X轴变换放大器存在故障。因此，需做故障定位试验。首先，由X陀螺仪与Y轴变换放大器组成稳定回路，加电后平台稳定正常。然后，由Y陀螺仪与X轴变换放大器组成稳定回路，加电后平台失稳倒台。
　　e) X轴变换放大器烘烤试验。
　　变换放大器由选通、嵌位、解调、滤波和陷波等电路组成。对X轴变换器的解调器输出量用示波器观察，如图2a)所示。采用100 W台灯烘烤X轴变换放大器，0.5 h后观察解调输出，波形如图2b)所示。这才是变换放大器的正常输出波形，此时，闭合X轴稳定回路，平台能正常稳定，因此，确认X轴变换放大器烘烤后绝缘性能提高，才能正常工作。


图2　变换放大器解调级输出
　　f) X轴变换放大器潮湿试验。
　　从平台上取下X轴变换放大器，在湿度箱进行潮湿试验，观察单件变换放大器的输出波形，试验重复3次。X轴变换放大器在潮湿环境(相对湿度70%)中，解调输出如图2a)所示。在非潮湿环境中，解调输出如图2b)所示。因此，X轴变换放大器经不起湿度环境考验。
　　g) X轴变换放大器故障分析。
　　经变换放大器生产单位质量分析，X轴变换放大器上某电容发黑，某嵌位二极管一端变黑。由于X轴变换放大器受潮产生漏电，解调级运算放大器同相端信号波形失真，造成解调级效率降低，失去功能。因此，确认变换放大器的密封质量问题。
　　h) 平台潮湿环境的分析。
　　平台失稳倒台故障发生在8月份湿度高的季节，调试工作间相对湿度达到60％。由于X轴变换放大器密封性不好，所以，电路绝缘性能下降，潮湿失效。
5　故障结论
　　该平台在雨季测试，X轴变换放大器解调级效率降低，使X轴稳定回路增益下降，系统稳定裕度减小，因而，X轴稳定回路发生振荡，直至失稳倒台。
　　在X轴稳定回路发生振荡时，平台系统正进行锁定过程，其它尚未归零。三轴有交链影响，引起Y轴和Z轴也产生不同程度的振荡。
6　质量措施
　　a) 变换放大器措施。
　　平台的3个变换放大器送生产单位返修。生产单位采用硅橡胶对变换放大器进一步密封。平台装上硅橡胶密封的变换放大器。
　　b) 陀螺仪措施。
　　平台失稳倒台后，X陀螺仪已失效，选用一个合格陀螺仪换上平台。
　　c) 防潮措施。
　　1) 避免雨季测试。不能避开雨季时，应测定平台绝缘电阻大于要求值后，才能对平台系统加电。
　　2) 平台加温系统用较高的温度烘干平台，避免平台内部存有潮湿空气。
　　d) 失稳保护措施。
　　严格保险丝质量和规格；对保险丝进行工艺筛选；采用双保险丝串连方式，从而保证力矩电机电流达到要求值时保险丝熔断，做到平台失稳而不倒台。
作者单位：赵春海(北京兴华机械厂，100854)
参考文献
　[1]　惯性器件. 陆元九主编. 宇航出版社，1993.
　[2]　惯性器件制造技术. 吴敏镜主编. 宇航出版社，1989.
收稿日期：1998-09-05
