飛機燃油系統故障診斷研究

姜偉華

摘 要：隨著航空技術的發展以及人們對安全飛行的重視，飛機燃油系統的可靠性要求越來越高，先進的故障檢測與診斷技術成為保證飛機燃油系統可靠性的有效手段。本文通過總結飛機燃油系統常見的典型故障，提出幾種有效地故障診斷技術，結合燃油系統對技術進行詳細分析。

關鍵詞：燃油系統；故障診斷；專家系統；小波分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.049

1 引言

飛機燃油系統在能否達到適航取證條件，保證安全飛行，發揮好飛機本身的性能方面扮演著重要角色。隨著科技的發展，飛機燃油系統變得日趨復雜，致使人們對它工作的可靠性也有了更加嚴格的要求，故障檢測與診斷技術實現燃油系統可靠性的必要手段。

飛機燃油系統概括來講主要具有儲存燃油、調節重心、可靠供油以及冷卻介質的功能。除了燃油箱外還包括以下分系統：供油系統、加油/抽油系統、燃油箱通氣系統、測量及指示系統和空中應急放油系統[1]。

2 飛機燃油系統常見故障

燃油系統的常見故障可分成兩種不同的形式：一種是系統級故障，另一種形式是元件級故障[2]。

2.1 系統級故障

系統級故障主要是發生于油箱及加油、輸油管路中的故障形式。

（1）燃油泄漏。燃油箱的主要故障形式是燃油泄漏故障，滲漏一般有四個等級劃分，即：微漏，滲漏，嚴重滲漏及連續滴漏。在行系統中，我國普遍采用測量其滲漏直徑的英寸數（簡稱in）來劃分滲漏等級。

（2）機翼油箱或副油箱慢輸油、不輸油或異常進油故障。除了燃油的泄漏，機翼油箱及副油箱的輸油正常與否也是極其重要，比如在飛行中的不輸油或者慢輸油，在地面加油時出現的進油異常的故障，都對飛機的性能影響巨大。

（3）燃油管磨穿故障。燃油管路因長時間使用而產生的磨損故障。燃油管上有很多固定卡子支架，為的是對管路進行固定防止松動，在進行這項措施的時候也為故障埋下了隱患，即：燃油管固定卡子支架轉角處斷裂使得燃油管磨穿，造成故障。

（4）增壓空氣系統漏氣。造成漏氣的主要原因有：試驗用的螺帽堵塞、沒有切實擰緊堵好；沖壓活門不密封；副油箱沖壓活門上的夾布膠管老化或固定卡箍松動；系統內的導管接頭松動，導管和喇叭口處有砂眼、裂紋等；副油箱增壓安全活門不密封；機身油箱沖壓管的對接處密封膠圈損壞。

2.2 元件級故障

元件級故障主要是一些由于操作性機件發生的機械故障。

（1）交流泵、直流泵。故障形式主要有電壓高、油泵反轉、油泵油盡、油泵轉子脫落。

（2）油位傳感器。故障形式主要有開路故障、短路故障、沖擊故障、漂移故障、偏置故障。

（3）壓力加油控制活門。故障形式主要是無法打開或無法關閉。

3 飛機燃油系統故障診斷方法

燃油系統故障診斷是鑒別飛機燃油設備狀態是否正常，進行故障定位與故障隔離的主要手段。不同的機型適合不同的診斷方法，不同的診斷方法適用對象及條件都會有所不同，下面將對幾種故障診斷方法做出研究。

3.1 專家系統診斷法

專家系統是一種智能的計算機程序，并使用知識和推理過程，求解需要運用專家知識才能得出的一些高難度問題，其工作載體是計算機。此方法可以通過計算機幫助人們更好的分析和運用數據，使計算機程序具有了像人一樣的思維能力。

（1）專家系統工作原理。專家系統包括知識庫、推理機、綜合數據庫、知識獲取系統、解釋子系統、人機接口。其工作原理主要是在故障診斷階段，根據用戶過程的需要，將知識庫的征兆信息傳遞給推理機，推理機然后根據征兆信息在全局數據庫中搜索結果，若得不到結果則還需要用戶將更多的征兆信息傳送給推理機，根據進一步的信息判斷故障問題并通過人機接口反饋給用戶。此外，知識獲取系統則是擔當了在知識庫創建和維護階段，存放領域專家的知識的功能；而解釋子系統則可以根據已有的數據庫信息對診斷結果以及用戶提出的一些診斷問題作出合理的解釋[3]。

（2）專家系統在飛機燃油系統中的應用。知識的獲取，即：了解飛機燃油系統的常見故障形式及其故障特點，要首先對飛機燃油系統有一個大概的了解，廣泛收集常見的故障形式，建立故障樹并且對故障模式、影響進行分析，能夠提供故障依據。與此同時，要熟知飛機燃油系統中常發生的大概率故障，并向維修專家或者燃油系統的設計人員請教經驗，最終將這些知識進行整理、歸納，形成數據庫。

故障判斷，即：將飛機燃油系統出現的故障形式從人機接口輸入推理機，以正向和逆向兩種方式對故障進行推理，直至得出可靠的故障類型、確定故障具體位置為止[4]。

3.2 小波分析法

小波分析法與專家系統診斷法有很大的不同，其針對性更高，是比較理想的信號處理方法，此方法主要是面向飛機燃油系統中的傳感器進行故障診斷，傳感器控制著飛機燃油系統的工作狀態，因而對傳感器進行檢測也是相當有必要的。

（1）小波分析法工作原理。小波分析法有連續型和離散型兩種變換形式，其診斷依據來自于半物理仿真試驗整合的數據，并借助MatLab軟件進行分析，由于小波分析法具有多分辨分析的特點，對傳感器的信號突變比較敏感，從而確定突變的強弱，并對這強弱做出判斷，據此確定故障位置和嚴重程度[5]。

小波分析法對傳感器故障診斷的流程如圖1所示，從圖中可以看到，要對傳感器進行診斷，起初先要將數據輸出到小波變換中進行一維離散分解，緊接著將離散后的細節系數進行重建并降噪處理，通過計算得出第一層的細節系數的極大值，依次來找尋突變點，這樣一來就可以通過公式倒推出這個突變點發生的時間點，依據具體情況就可得到故障類型，如若想知道故障發生的強弱大小只需對極值進行分析即可，為防遺漏可以在此基礎上將極大值剔除，然后再回歸起點另尋其他突變點，直至將所有突變點找到[6]。endprint

（2）小波分析法在燃油系統中的應用。小波分析法主要應用于傳感器故障診斷中。傳感器在飛機燃油系統中大量應用，如油位傳感器，它在飛機燃油系統中舉足輕重，其正常的工作才能保證油位測量的準確無誤，為飛行員飛行駕駛提供參考數據，如若出現偏差其危害可見一斑。因此要對其進行故障檢測，小波分析法的重要性就顯現出來了，可以將油位傳感器的數據依照流程圖逐步進行處理，通過找尋到的系數極大值來確定故障嚴重程度，并能通過實際情況得到油位傳感器的故障類型，最終做出排故處理。通過查詢，油位傳感器故障類型有：偏置故障、沖擊故障、漂移故障、短路故障。

3.3 神經網絡診斷法

人工神經網絡是在現代神經生理學和心理學的基礎上形成的交叉科學，采用并行式計算方法來模擬人腦的結構和功能，具有鮮明的層次性，很適合處理并行信息。飛機燃油系統的結構層次性就像人的神經系統一樣層次鮮明，故障表現也具有層次性。

故障的層次性決定著診斷的層次性，以某大型運輸機為診斷模型，建立層次分類診斷模型。在這模型中將燃油系統分成四個層次：第一層是主系統層，即運輸機的四個發動機；第二層是次主系統層，即組成燃油系統的幾個分系統（加油、輸油、供油、測量四大分系統）；第三層是分系統層，即不同的油箱類別；第四層是故障分類層，即第三層可能存在的一些故障類型[7]。

根據建立好的燃油系統層次分類診斷模型實施故障診斷，首先是要將各個子系統的神經網絡模型建立好，將這些子系統分好類劃分成多個子空間，并將這些部分獨立開來進行訓練，待訓練完成可當店系統的測量信號逐層進行故障診斷，由頂層開始逐步推向底層，直至找尋到故障源頭。

3.4 其他診斷方法簡介

除了以上所述三種診斷方法外，在機務工作中還有其他的一些常用診斷方法[8]，如：

（1）基于手冊的故障診斷方法。每種機型航空公司都配備了維修手冊，通過將故障的表現形式判斷故障所屬系統，快速進行故障定位，通過維修手冊相關文件進行逐項排查，直至將故障找出，此法是機務維修人員的常用方法，便捷可靠。

（2）基于案例的故障診斷方法。此法主要是參考一些維修案例進行維修。

（3）基于參數機理的故障診斷方法。對表征故障狀態的特征參數進行合理的檢測，并利用適當的算法對已檢測出來的特征參數進行分析，做出故障診斷。

4 小結

隨著科技的不斷進步，先進的材料和技術不斷應用到飛機制造業，致使飛機燃油系統勢必會朝著數字化、綜合化、集成化和智能化方向發展，使得故障的種類和故障機理不斷發生新的變化，從而對故障診斷方法提出了新的挑戰，目前大多數的診斷方法還僅僅停留在理論研究范圍，未來對故障診斷的研究應盡量使其具有一定的實用效果，更加智能化，提高機務人員的維修效率。

參考文獻：

[1]宋靜波編著.飛機構造基礎[M].北京航空工業出版社，2004（02）.

[2]楊明.飛機燃油系統的故障分析及維護[J].黑龍江科技信息，2013（05）.

[3]龍浩，魏建順，王新民，賈秋玲.基于專家系統的飛機燃油故障診斷方法研究[J].計算機測量與控制，2005，13（05）.

[4]龍浩，王新民.飛機燃油系統實時故障診斷專家系統研究[J].飛機設計，2006（02）.

[5]丁兆新.飛機燃油系統故障診斷方法分析[J].硅谷，2013（15）.

[6]喬亞瓊，賈秋玲.飛機燃油系統傳感器故障診斷方法研究[J].測控技術，2007，26（03）.

[7]龍浩，王新民.基于BP網絡的飛機燃油系統故障診斷方法研究[N].北京聯合大學學報（自然科學版），2007，21（01）.

[8]張馳，王昌昊.國產民航飛機燃油系統故障診斷方法研究[J].科海故事博覽.科教創新，2012，389（08）.

江蘇省高校自然基金面上項目（15KJB590001）endprint