數字直升機狀態監測能力持續擴展

（易坤，AW&SТ Inside MRO， 2017-9-29）

隨著各類新一代直升機的OEM和運營商對預測性維修和維修任務優化的追求，HUMS（健康和使用監測系統）逐漸成為直升機“DNA”的一部分。而且可以預見，未來還將在更多監控領域發揮作用。

隨著OEM廠商對數據獲取以及新一代健康與使用監測系統（HUMS）的深入掌握和持續應用，越來越多的直升機運營商將會從直升機的售后維護方面獲益。

直升機HUMS系統是采用多個傳感器對直升機的發動機、尾翼、傳動裝置和主變速箱等關鍵部件進行持續性監測，以檢查直升機的健康狀況和運行性能。該系統生成的信息，能夠幫助直升機擁有者或OEM進行維修決策，開展視情維修。

霍尼韋爾宇航公司（Honeywell Aerospace）負責HUMS系統產品市場的人士表示，HUMS系統的市場（包括線裝市場和改裝市場）主要集中于兩類客戶。

第一類主要針對在HUMS系統方面累積了豐富經驗的軍用直升機運營商。這些運營商對運營能力和產品功能要求較高，要求HUMS系統能夠以更高的頻率和更加復雜的算法進行更多的測量。

第二類主要針對的是“成本敏感型客戶”，這些客戶大多是民用直升機運營商。 盡管這類客戶還沒有感受到機載HUMS系統所能夠帶來的優勢，但是他們渴望對直升機部件進行監測，尤其是對關鍵部件進行的監測。這也是HUMS系統的核心功能所在。與此同時，這類客戶也要求HUMS系統具備飛行數據監測能力、帶有更多云端或服務器集成的無線數據傳輸能力以及簡單直觀的用戶界面。

為了滿足這類客戶的需求，霍尼韋爾宇航公司研發出了比傳統HUMS系統體積更小、重量更輕、成本更低的一些HUMS系統，如便攜式HUMS系統、低成本HUMS系統。這類系統能夠對直升機主旋翼和尾翼的運行軌跡和平衡性進行選擇性監控，但不需要對直升機進行改裝或者申請補充型號認證（SТС）。但霍尼韋爾宇航公司認為未來“成本敏感型客戶”最終也會青睞機載HUMS系統，因為機載HUMS系統能夠以一定的頻率對所有關鍵系統提供持續性監測，在分析數據的同時同步結構化數據。而便攜式HUMS系統只能夠在給定時間內抓拍到飛機的運行情況或完成定時定點測量，無法對生成的數據進行分析。

西科斯基飛機公司針對S-92直升機研發了一種調整部件到壽時限的方法，通過采用DAL B級軟件的HUMS資料收集功能對部件到壽時限進行調整，最高能提升40%旋翼壽命期限。

總部位于美國俄勒岡州波特蘭市的哥倫比亞直升機公司（Сolumbia Helicopters）自2010年起，就開始在哥倫比亞模型107（Сolumbia Model 107）上安裝了霍尼韋爾VXP HUMS系統，之后又在另外3臺哥倫比亞模型107上安裝了該系統。不久之后，哥倫比亞直升機公司還將在其3臺波音СH-47D上安裝霍尼韋爾的現代信號處理單元（MSPU）HUMS系統，目前已獲批準。該公司表示， 在采用HUMS系統前，由于無法掌握關鍵數據，所以通常需要花費好幾周的時間進行飛行試驗，而采用HUMS系統后，在正常情況下只需進行1～2次飛行試驗即可確定主旋翼的正確運行軌跡和平衡性。因此采用這一系統節省了大量的維修活動。

目前直升機運營商代表、直升機OEM代表和其他運營商代表正在對UTC航空航天系統（UTC Aerospace Systems）的Pulse系統進行外場評估。

哥倫比亞直升機公司表示未來幾年內還計劃逐步實現對整架直升機進行實時診斷，以便開展預測性維修。因此該公司也在尋找符合這一要求的新一代系統，同時也希望新一代系統具備更好的數據分析能力。

西科斯基飛機公司認為，盡管人們當前重點關注的是HUMS系統的振動監測能力，但在過去十年形成的一種趨勢是將HUMS系統的振動監測能力與來自航空數據記錄儀的航電設備診斷數據/信息相結合。這樣可以保證這種HUMS系統的尺寸更小、重量更輕。

2004年，西科斯基飛機公司首次將HUMS系統安裝在S-92直升機上，當時采用了4臺航電設備箱執行診斷和健康監控功能。之后，該公司又將HUMS系統裝在“黑鷹”直升機UH-60M上，但當時只安裝了一臺航電設備箱就能夠執行所有的診斷功能或HUMS功能。與此前安裝在S-92上的航電設備箱相比，這臺航空電子設備箱的尺寸和成本都有了大幅縮減。

這主要是因為隨著HUMS系統在S-92A型直升機上的引進，OEM廠商對HUMS系統的數據采集功能進行了升級，使之能夠從單個區域內收集到更多的數據。這種升級不僅可避免計劃外維修中拆換部件，而且開辟了直升機部件檢查和預測性診斷的新方法。

針對S-92直升機，西科斯基飛機公司研發出了一種運用HUMS系統DAL（軟件質量發展保證水平）B級軟件收集的數據調整部件到壽時限的新工藝。該工藝安全可靠，既可以降低維修成本，又可以延長直升機的壽命、降低運營成本?；谶@一工藝，2014年美國聯邦航空局（FAA）批準了西科斯基飛機公司提出的將S-92A型直升機主旋翼轂到壽時限調整為4900小時。

實踐經驗表明，部分S-92A主旋翼葉轂的到壽時限最高能延長40%。

西科斯基飛機公司還強調HUMS系統在直升機維修安全方面的優勢遠不止此，未來還應在直升機尾翼扭矩的監測等方面大有可為。因為目前在尾翼扭矩方面，OEM還沒有真正掌握有價值的數據，所以一旦掌握便可在該領域開展更多的預測性維修。

直升機運營商認為目前出現的HUMS系統各不相同、各具優勢。為滿足各方需求，直升機運營商代表、固定翼OEM廠商和運營商代表正在對UТС航空航天系統研發的Pulse系統進行運行可行性評估，預計該系統將在2018年年中取得許可證。

UТС航空航天系統公司表示，Pulse系統的重量非常輕，航線可更換件的重量只有1磅。該系統的設計思路是在核心運行軟件的基礎上按照需求增加其他模塊化應用層，如帶有機械診斷功能的振動監測、應變監測和電流監測等應用層，以滿足不同客戶的個性化需求。該系統的主要優勢是分布式體系結構。也就是說，添加這些模塊化應用層并不需要開發其他重要的軟件，因此可以使取證工作量降至最少，對取證過程影響也最小。

貝爾 525直升機采用的“飛行器集成健康監測系統” 已成為了貝爾525直升機的一部分“DNA”。該系統采集的數據可以傳輸給飛行員，并能夠詳細顯示齒輪箱、傳動軸、發動機、傳動裝置和其他動力部件等核心部件的健康狀況。

除了對直升機本身，對直升機發動機的健康監測也正處于快速發展期。2015年年末，加拿大普惠公司PТ6С-67С渦軸發動機上安裝的飛行數據采集、存儲和傳輸（FASТ）監測系統獲認證，該型發動機被裝配在AW139直升機上。這也是FASТ監測系統首次用于直升機。

加普惠表示，FASТ監測系統是一個緊湊型集成生態系統，其核心功能是自動獲取所有飛機和發動機的數據，并自動結構化以及安全傳輸數據。該系統與飛機總數據線串聯工作，與無線連接WiFi、蜂窩地面系統進行了集成化。這是一種一攬子解決方案，它不要求用戶建立單獨的信息技術平臺，以接收傳送到OEM發動機數據分析中心的數據。由于FASТ監測系統具備豐富的數據挖掘能力，目前已成為HUMS系統中的明星產品 。

與此同時，FASТ監測系統還能夠計算飛行中的關鍵載荷問題，如自動計算發動機的工作裕度。目前，FASТ監測系統已用于1200多臺加普惠發動機，其中50多臺加裝了FASТ系統的PТ6С-67С渦軸發動機已用于AW139直升機。因此加普惠正在研究如何將FASТ監測系統用于其他直升機項目。

貝爾525直升機是貝爾直升機公司研發的一款新型的電傳操縱、中型多任務民用直升機，預計于2018年年末完成取認證工作。在該型機中，“集成化健康監測系統”是不可缺少的一部分。

貝爾直升機公司認為，“飛行器集成健康監測系統”已成為貝爾525直升機的一部分“DNA”。為了使地面保障人員和飛行員能夠監控到相同的信息，該公司還將貝爾525直升機的所有系統與地面衛星接收站保障服務系統進行了集成化。

而且在進行貝爾525直升機技術設計時，貝爾直升機公司著重于直升機集成化玻璃駕駛艙的研發。該駕駛艙能夠將顯示界面與所有被監測的系統軟件內置的信號以及診斷結果結合起來，從而使飛行員和維修人員直接通過貝爾525中央計算機實時獲取駕駛艙產生的情報信息。

貝爾直升機公司認為，預測性維修和優化維修活動是推動貝爾525直升機狀態監測系統研發的主要動力。在過去，飛行員和維修人員只能在飛機著陸后通過下載信息才能夠確定直升機的健康狀況。而現在采用“飛行器集成化健康監測系統”后，各方人員都可實時獲取更有力的數據，包括齒輪箱、傳動軸、發動機、傳動裝置及其他動力部件等核心部件的具體健康狀況以及歷史運行趨勢。

目前，所有貝爾直升機公司的在制品都配備了集成化健康監測系統，因此凡是在貝爾直升機公司注冊的貝爾525直升機運營商都可以通過任何移動設備采用一個稱為“MissionLink”的添加板（dashboard）訪問任何相關數據。MissionLink是客戶移動設備上的一種添加板，配有簡單易用的數據登陸頁。通過它，客戶之間可以就飛機核心部件的性能狀況、歷史趨勢、分析結果和具體健康狀況進行充分交流。