民用飞机机载维护系统故障诊断技术研究

摘要:民用飞机机载维护系统为地勤维护人员维修飞机提供帮助,减少维护花费,降低航空公司的运营成本,成为当今民用飞机中一个重要组要部分。对机载维护系统的核心——故障诊断方法进行了研究,提出了民用飞机故障诊断功能设计的考虑。

关键词:机载维护系统  维护功能  故障诊断

民用飞机机载维护系统主要用于检测、隔离飞机故障,监控飞机状态以及为机载电子设备提供软件/数据加载。其中飞机故障的检测和隔离功能是机载维护系统的核心部分,由机载维护系统包含的子系统——维护系统(CMS)实现。

维护系统用于收集、记录、分析来自飞机各系统的状态、故障、构型信息,提供故障监测、分析、诊断、预测和记录,并完成故障数据存储和检索。

1 基于故障方程诊断法

1.1 故障方程简介

故障方程是对机载系统故障的一种逻辑判断,是以离散量、模拟量和总线信号为变量,依据算法和故障模型而建立的逻辑关系,是对系统故障的预处理,其核心是故障方程变量和逻辑关系的确定。故障方程应考虑优先级,以确定当多个相关故障发生时应优先处理哪些故障。

1.2 故障方程处理

故障方程处理是指根据故障逻辑关系对输入的变量进行处理,得到输出逻辑量,根据逻辑量的含义向维护或显示终端发送并存储维护信息供地面维护人员使用。

为了进行故障隔离、定位并产生与之相关的维护信息,CMS需对飞机各系统报告的故障数据进行处理,其数学模型为基于故障方程的诊断分析,处理流程如图1所示。

数据处理流程共分为六个步骤:输入处理、抑制和特殊事件自检、连锁效应去除、合并与隔离、驾驶舱故障效应和维护信息关联和存储。诊断规则包括这六个步骤实施数据处理所需的各种规则,是故障处理模块的神经中枢,对于故障隔离、维护信息的产生起到重要作用。同时,这个诊断规则还具有过滤功能,可将一些瞬时故障和虚假信息过滤掉。故障处理模块在接收到这些信息后,按照上述六个步骤进行处理:

(1)输入处理。识别和标注故障报告、驾驶舱故障效应或离散信息中有效信息,滤除无效输入信息,将有效信息输入到下一个环节进行处理。驾驶舱故障效应直接输入到驾驶舱效应和维护信息关联的步骤进行处理。

(2)抑制和特殊事件自检。由于飞机在特定工作阶段而错误产生的故障信息,被认定为虚假信息并进行抑制,以免误导维护人员；对于数据类输入(非故障报告),将使用诊断规则中预先设置方法进行处理,当探测到故障,将被视为特殊事件,由故障处理模块产生特殊事件故障报告并输入到下一步进行处理。

(3)连锁效应去除。所谓连锁效应引起的故障报告是指在某一个航段中同一时间,某个故障出现在设备链的第一级设备中,且多次报告。连锁效应去除利用预先设定好的诊断规则判断该故障处在源设备还是下游设备,下游故障将被处理为无效故障,并进行抑制,下面将举例说明连锁效应去除,如图2所示。

当A组件故障,触发故障报告A,同时由于A组件故障又引起设备链中B和D组件产生故障报告。故障诊断逻辑认定A为源设备,其它为下游设备,B和D组件产生故障报告将被抑制,从而避免虚假故障或同一个故障多次被报告。

2  基于航空电子设备的故障模型诊断法

基于故障模型诊断法是一种新的故障诊断技术,与基于故障逻辑方程诊断法使用逻辑方程来预测潜在故障并确定故障的映射关系不同,它利用航空电子设备模型来诊断故障。目前,霍尼韦尔(Honeywell)在波音新一代飞机上采用了这种新型的故障诊断技术。

基于故障模型的方法(如图3所示)可根据不同模型进行变更,其接口采用模块化标准开放式接口,不同软件模型可由供应商负责技术开发,这种方式允许第三方供应商将各自的技术融入故障诊断技术中,有利于技术的吸纳和改进。

3  民用飞机故障诊断功能设计考虑

基于对故障方程诊断法和故障模型诊断法的分析,结合国外厂商对故障诊断技术的研究与实际经验,故障模型诊断法具有良好的可扩展性和适应性,符合故障诊断技术的发展方向,但保证飞机各系统供应商提供模型接口的一致性尤为重要。以下方法可以供参考。

(1)在开发阶段,由系统集成者向飞机各设备/部件供应商提供统一的维护支持软件工具。各供应商使用该工具输入设备/部件的故障报告内容、故障判断逻辑、维护信息、I/O接口信息等有关内容,最后由维护支持软件工具生成统一标准的格式提供给系统集成者。

(2)系统集成者将各供应商提供的信息进行整理、分析、综合并测试,最终生成可加载的全机故障诊断模型。

(3)系统集成者将全机故障诊断模型加载到飞机中供维护系统使用。

4  结语

本文针对民用飞机机载维护系统故障诊断两种方法:基于故障方程诊断法和基于航空电子设备的故障模型进行了研究,并结合Boeing大型客机对这两种方法的应用进行了说明,最后探讨了民用飞机中故障诊断功能的设计考虑。采用先进的故障诊断技术有助于设计出性能优良的机载维护系统,为航空公司节省大量的维修和运营成本。目前我国正处在大力发展民机事业的阶段,一个先进的机载维护系统将大大增加我们自己的民机在国内外的竞争力。

参考文献

[1]    Gautham Ramohalli THE HONEYWELL ON-BOARD DIAGNOSTIC& MAINTENANCE SYSTEM FOR THE BOEING777, Honeywell ATSD.