飛參在飛機故障診斷中的應用

項國輝，劉鵬，張磊

（1.駐320廠軍事代表室，江西南昌330024;2.中航工業洪都，江西南昌330024）

飛參在飛機故障診斷中的應用

項國輝1，劉鵬1，張磊2

（1.駐320廠軍事代表室，江西南昌330024;2.中航工業洪都，江西南昌330024）

飛參數據記錄了飛機全機各系統的飛行狀態參數。本文通過對飛機故障診斷技術發展的需求及趨勢分析，闡述了飛參數據對飛機故障診斷支撐的作用，并介紹了基于飛參數據在飛機故障診斷中的流程與方法。分析結果表明，結合融合數據庫對飛參數據進行綜合處理診斷，可對潛在的飛機故障進行預測，以提高飛機可靠性，提升飛機飛行安全。

飛參系統；故障診斷；融合數據庫；數據采集處理

0 引言

隨著飛機系統復雜化、智能化程度的提高和功能的擴展，飛機故障模式和失效原因越來越復雜。飛機一旦發生故障或事故，往往會帶來重大的經濟損失和人員傷亡。在飛機各系統、零部件出現故障之前，通過監控其相應的性能參數判斷該系統或零部件是否有故障或者有故障發生的可能性，進而對其進行故障預測、判斷其故障原因、分析故障發生的概率和危害程度，能夠顯著提高飛機整體的可靠性、安全性。

飛行參數采集記錄系統（簡稱飛參系統）是采集、記錄飛行過程中飛行通訊數據、飛機姿態信息、飛機各系統運行狀態參數的一種機載電子設備，飛行結束后，將存儲在記錄介質上的數據下載，對飛行過程重現，可用于飛機狀態監測、飛行訓練評估及飛機事故分析。

飛行參數是任何一架飛機必裝的設備之一，利用飛機的飛參數據，對飛機各系統、零部件的狀態進行監控分析并對可能發生的故障進行預測和診斷，不僅是飛參功能的進一步深化和拓展，對飛行安全也有重要意義。

1 飛機故障診斷的發展趨勢

飛機故障診斷是對飛機關鍵系統或零部件的技術狀態進行狀態感知、故障預測評估、維修決策支持的綜合診斷、預測及保障管理技術[1]。故障診斷允許在產品或系統的真實應用條件下，對其可靠性進行評估[2]，確定故障性質、故障部位及故障起因。飛機故障診斷是飛機各系統BIT自檢測的進一步發展，是未來飛機各系統、零部件綜合管理與預測發展的必然趨勢[3]。近年來，伴隨著飛機系統越來越復雜和可靠性安全性要求越來越高，飛機故障診斷技術已經由學術研究階段進入工程應用階段，被視為新一代飛機航電系統的一項關鍵技術，成為行業內的研究熱點之一。

飛機故障診斷系統分為機載故障診斷系統和地面故障診斷維護系統兩部分。機載故障診斷主要包括實時數據采集、實時數據處理、實時故障預測、實時故障決策四部分；地面故障診斷維護系統主要用于飛行事后維護，對記錄的飛行數據重現并進行分析，與過去記錄的數據對比，找出數據異常情況，對設備零部件維修更換提供建議，側重于地面維修決策[4-7]。

目前，飛機的故障診斷基本上都是結合人工智能理論和方法，利用計算機模擬人類專家對故障進行識別、診斷，以知識處理為核心，將知識處理、信號處理與數學建模相結合，借助復雜結構模型的計算和智能推理評估系統完成飛機或系統的功能狀態評估，主流的預測方法有累積損傷預測法、故障征兆預測法、故障預警預測法、神經網絡分析法、小波變換分析法、模糊系統分析法、模式識別分析法等，這些數學模型需要有大量的飛行使用數據作為支撐[8-10]。飛機故障診斷基本流程如圖1所示。

圖1 故障診斷基本流程

2 飛參與飛機故障診斷的聯系

隨著數字采集監測、數據總線、微處理器、超大規模集成電路等高新技術的廣泛應用，飛參系統的采集處理能力大大提高，飛參系統除了應用于飛行事故處理外，逐步成為飛機維護管理體系的一部分。飛參已經由傳統的數據采集記錄功能拓展至數據處理領域。如國內某些飛參功能除了具備參數采集功能外，還具備對飛機設備故障或狀態的告警提示功能，通過飛參預置觸發告警的邏輯條件，以聽覺、視覺和觸覺告警等形式對飛行員提示告警信息，供飛行員決策。另外，還有些飛機將飛參采集功能和數據加載預處理功能合二為一，融合后設備的名稱更換為綜合數據處理機。這些發展趨勢充分體現了飛參數據對飛機安全的重要作用。

通過對飛參采集數據的實時分析和處理，可以動態掌握飛機的飛行狀態，監控飛行狀態和各系統部件的性能和使用情況，及時發現飛機各系統及其零部件潛在的故障，減少飛行事故發生的概率。建立基于飛參系統的故障診斷系統，可以將飛參系統的記錄數據作為診斷決策單元的輸入，由決策診斷單元對異常飛行數據診斷分析，給出異常參數可能導致的故障及其排除故障的建議方法。

3 飛參對飛機故障診斷的決策支持

3.1融合數據庫的建立

融合數據庫的基本數據（圖2）來自于歷史維修數據、飛機技術資料、飛機設計極限閾值包線、排故經驗數據、故障案例庫、故障診斷策略及飛機使用維修技術等，將這些基礎數據進行融合，建立一套適合于計算機識別診斷的融合數據庫，可作為故障診斷的基礎數據庫。

融合數據庫中的故障案例應包括各種事故征兆的情況描述、處理辦法、產生的效果和其他相關信息，歷史維修數據和飛機設計技術資料應該經過專家的審閱和審定，以一種明確的故障診斷方式和格式進行存儲。在飛機使用和維修過程中，融合數據庫需不斷更新和維護。

3.2飛參數據的采集處理

圖2 融合數據庫基礎數據來源

飛參系統對涉及飛行安全和飛機狀態的各種離散量參數、模擬量參數、總線數字信號參數等進行采集，這些參數可以分為位置參數、運動參數、操縱參數、主系統狀態參數及報警參數等。隨著飛機傳感器的發展，智能傳感器和智能蒙皮的出現，飛參系統獲取數據將更加全面。飛參系統應能保存一定時間間隔內的飛行數據，便于飛機關鍵系統或零部件狀態參數在時間上橫向對比，以發現參數狀態或趨勢發生的變化，進而對設備零部件的故障征兆進行判斷。

飛參系統對于采集的參數應進行一定的預處理，比如對于超過限定范圍的飛行參數，應該對該超限參數及其超限范圍進行記錄；對于隨時間變化的參數，應可記錄參數隨時間變化的曲線，并可按照時間序列分析進行歸納。

3.3 故障診斷與預測

該過程需要飛參系統增加數據處理、故障預測及故障決策診斷模塊，將該模塊集成至飛參系統內，由統一的主控模塊對飛參數據采集、數據傳輸、數據處理進行調度和控制，實現飛參數據的應用。

系統根據飛參采集監測的數據與融合數據庫的比較判斷、包線擬合、知識推理、評估分析和預測計算，確定被檢測的系統、子系統和零部件的性能是否發生退化，是否可能發生故障，是否需要更換維修，運用數據分析、數據處理與融合、故障診斷與趨勢預測等技術手段，計算出每種故障發生的概率。對于機載故障診斷應能給飛行員提供決策支持，對于地面故障診斷維護系統，應能給地面維護人員提供維修方案建議，給出剩余使用壽命預計和健康趨勢預計。

4 結語

飛參系統以其客觀、準確的數據為飛機安全、飛行數據評估、飛機狀態分析、飛機事故鑒定發揮著重要作用。隨著航空技術的發展，飛參記錄的數據越來越全面，越來越豐富，對于這些數據的深度融合和處理，對飛行與飛機安全至關重要。飛參不應該僅僅局限于數據采集、記錄和簡單的數據處理，飛參的核心應該是數據融合和處理，是對所采集的各種參數的深度挖掘和處理。將飛參系統擴展為綜合數據處理與故障診斷系統是飛機航電總體架構的一種思路。

運用數據挖掘技術對大量的飛行數據進行分析，自動尋找出飛行數據中對飛機故障診斷有價值的信息。利用基于推理的智能故障診斷技術對對飛機零部件進行故障推理判斷，完成對飛機運行質量、飛機故障發展趨勢的評估，將有利于提升部隊快速響應能力及戰斗力。

圖3 故障診斷與預測過程

[1]姜興旺，景博，張劼，等．綜合飛行器故障預測與健康管理系統研究[J]．航空維修與工程，2008，(5)：37-40．

[2]Pecht M G．Prognostics and Health Management of Electronic[M]．SUA:John Wiley&Sons,2008.1-133．

[3]楊軍祥，田澤，李成文，等.新一代航空電子故障預測與健康管理系統綜述[J]．計算機測量與控制，2014，22(4)，972-978．

[4]張宏濤，王仲生.飛機電氣系統故障診斷技術新進展[J]．航空制造技術，2012，22，66-69．

[5]唐有才,周凱，鄒剛.航空裝備故障診斷的基本策略與方法[J]．江蘇航空，2012，3，41-42．

[6]高峰,周勝名，曲建嶺.基于飛參數據的航空發動機故障預報研究[J]．測控技術，2011，30(5)，115-117．

[7]周虹.民用飛機故障診斷與故障風險評估的TMSDG方法研究[D].博士學位論文.南京航空航天大學,2013.

[8]梁建海,孫秀霞,杜軍.基于數據挖掘的飛行參數處理方法研究[J]．彈箭與制導學報，2005，25(1)，76-79．

[9]俞凱，徐志兵，郝順義.新型飛機的故障診斷維修體系研究[J]．現代電子技術，2013，36(23)，9-15．

[10]崔建國，張杰，陳希成，等.信息融合在飛行器智能健康診斷中的應用[J]．數據采集與處理，2012，27(2)，236-240．

>>>作者簡介

項國輝，男，工程師，1979年9月出生，2003年畢業于空軍工程大學，現從事空軍裝備質量監督工作。

Application of Flight Data Recorder in Diagnosis of Aircraft Failure

Xiang Guohui1,Liu Peng1,Zhang Lei2

（1.Military Representative Room in 320 Factory,Nanchang,Jiangxi,330024; 2.AVIC-HONGDU,Nanchang,Jiangxi,330024)）

FDR(Flight data recorder)records flight state parameters of each aircraft system.According to analysis on development demand and trend of aircraft failure diagnosis technology,the paper introduces the function of FDR data in diagnosing aircraft failure and procedures as well as methods of aircraft failure diagnosis based on FDR data. The analysis result shows that the integrated diagnosis on FDR data can forecast potential aircraft failure and improve reliability of aircraft and flight safety by combining with the blended data base.

FDR system;Failure diagnosis;Blended data base;Data acquisition disposition

2016-10-09）