BIT技術在航空發動機數字電子控制器上的應用

張玉寶

摘 要：航空發動機是飛機的心臟，其安全性和可靠性與飛機的安全密不可分。航空發動機的電子控制器是最重要的航空電子設備之一，近年來已逐漸成為人們關注的焦點之一。本文著重分析了BIT技術在發動機數控系統中的數字式電子控制器的應用，如何通過先進的BIT技術來保障航空發動機控制系統的可靠性，并將航空發動機的健康管理技術同數字電子控制器的BIT技術有機結合起來，成為當前業界的一個新課題。著力研究電子控制器、傳感器、執行機構及發動機系統的故障檢測方法，規范BIT電路、檢測算法和程序，并發展新型高效的檢測技術和BIT有效性評價技術是非常有意義的。

關鍵詞：航空;發動機;數字;電子

BIT技術是指系統或設備內部提供的檢測和隔離故障的自動測試。它通過附加在系統內的硬件和軟件周期性或連續性地在線監控系統的運行狀態并進行故障檢測，是提高電子系統可測試性，進而提高系統工作可靠性、減少系統維護費用的關鍵技術。電子控制器作為現代航空發動機全權限數字電子控制系統的核心，它的主要作用是對發動機和控制系統的各重要參數進行采集，按一定的控制規律和控制算法進行運算并發出控制信號，控制相關的執行機構，從而控制發動機的狀態。電子控制器按功能可：恪其分為：輸入模塊、控制模塊、輸出模塊、電源模塊以及切換保護模塊。

一、BIT技術簡介

BIT是指將生物技術（BT）和信息技術（IT）結合的新模式，這樣的組合將在未來的醫療領域上產生革命性的影響，以信息技術為驅動力的研究正引發生物技術領域的巨大變革，將徹底改變人們對健康的看法與治療疾病的方式，是系統和設備內部提供的檢測、隔離故障的自動測試能力，是復雜系統或設備整體設計、分系統設計、狀態監測、故障診斷和維修決策等方面的關鍵共性技術，同時也是改善裝備系統或設備測試性與診斷能力的重要手段。傳統的液壓控制系統實現控制規律算法主要依靠凸輪的空間曲面來完成，而這個空間曲面構型制造比較困難，因而液壓控制系統控制精度不高。數字電子控制器一般安裝于發動機的附件機匣上，工作環境惡劣，而對可靠性要求極高。相對于一般電子設備的BIT，航空發動機數字電子控制器的BIT具有其特殊性，不僅要完成電子控制器內部電路模塊的故障檢測，還要負責控制系統中傳感器和執行機構的故障檢測，并參與控制系統的重構。BIT技術最早由大型航空公司和軍工企業發起，并逐步制定了ARINC604、ARINC624等設計規范。為了減少機載設備維修時間、降低維修費用，大型航空公司成功地將先進的BIT技術應用到他們生產的飛機中。筆者針對航空發動機數字電子控制器BlT的特殊性，研究電子控制器、傳感器、執行機構及發動機系統的故障檢測方法，規范BIT電路、檢測算法和程序，并發展新型高效的檢測技術和BIT有效性評價技術是非常有意義的。

二、BIT技術在航空發動機數字電子控制器上的應用

（一）有效解決故障。 隨著飛機和發動機性能要求的不斷提高，對發動機控制系統的功能、計算能力、響應速度、控制精度等都提出了更加嚴格的要求，從而使控制系統從原來比較簡單的液壓機械式，逐步向以微處理器為中心的全權限數字電子控制技術發展。航空發動機電子控制器的故障類型很多，如果其BIT設計只是基于經驗而不是基于確定的故障模式，我們就無法全面比較不同BIT設計方法的故障檢測覆蓋率，也很難精確描述某項BIT檢測、定位、隔離故障的效率，從而無法找出最有效的BIT設計方法。可快速故障診斷，減少故障檢測時間，提高檢測效率;減少人為誘發的故障;減少測試維修人員的數量和降低技術等級的要求。減少保障設備、通用測試設備等的要求;通過多層分布式設計，可以對系統、模塊、芯片級實施測試、檢測和故障診斷。BIT能夠檢測隱蔽故障，提高系統的任務可靠度。故障模式建立是對系統失效情況詳細描述的程式化處理，是進行有效測試的第一步。故障模式中的故障是對某種抽象結構層次（如門級、功能級等）上失效行為的描述，具有類似失效行為的故障可歸為一個故障類。故障模式則是一系列可表示所有可能發生的失效行為的故障或故障類的集合。由BIT技術與模糊診斷技術及其開發軟件應用實驗中，該診斷技術能夠快速迅捷完成航空器相關故障成因與癥候判斷，為航空器維修提供技術平臺與支持，在對航空器航電系統和發動機系統進行診斷達到設計要求。因此，將BIT用于裝備數字電子控制系統，有效地避免異常的發生，提高控制系統運行的可靠性。

（二）狀態監測。BIT技術簡化了裝備控制系統地面測試時需要將設備上所有被測信號通過眾多的測試電纜引到地面來檢測的繁瑣，同時使地面測試設備變得不再龐大、復雜，縮短了裝備測試前的準備工作時間，滿足了操作人員對裝備快速響應的要求。以BIT為主的故障檢測框架結構基礎上，提出了一種以模型解析余度、硬件余度、軟件監控以及回繞檢測等BIT結合的故障檢測方法。完成了檢測算法結構設計、功能配置與邏輯分析。在實驗樣機環境下通過典型故障條件下的功能與性能測試，驗證了設計結果的正確性與有效性。許多在役動力裝置也提出了將液壓機械式控制器改造為全權限數字電子控制器的需求。而制約FADEC技術得以廣泛應用的一個關鍵問題就是可靠性。合理利用BIT技術，可以有效地保證電子控制器的可靠性，同時可以增強控制系統的可維護性。然而，由于缺少BIT的設計規范和驗證體系，所設計的BIT故障檢測覆蓋率不高，而且BIT本身的可靠性得不到驗證，這些問題都影響了BIT技術在工程中的應用。

（三）維修決策。BIT技術是系統、設備內部提供的檢測、隔離故障的自動測試能力，是復雜系統或設備整體設計、分系統設計、狀態監測、故障診斷和維修決策等方面的關鍵共性技術。該技術把診斷過程中獲取的裝備控制系統故障模式、故障原因以故障樹的形式組織起來，并通過對該故障樹進行定性分析，得出故障樹的最小割集，并將原故障樹在最小割集的基礎上簡化，最后把相關的概念、事實以及它們之間的關系知識按關系模式表的結構組織起來，生成診斷知識庫。在裝備控制系統的故障診斷中。發動機的所有狀態參數都要通過傳感器采集將各種物理量轉換為電信號，然后再經過信號調理電路進行調理，才能被控制器CPU采集處理。電子控制器、傳感器、執行機構及發動機系統的故障檢測方法，規范BIT電路、檢測算法和程序等。為復雜裝備全壽命周期數據集成提供高效的工業大數據管理方案，打通復雜裝備從設計、制造、運用、維修到報廢全壽命周期數據通道，并可動態適應裝備技術狀態變更，為構建“數據驅動”的智能運維新模式提供高質量的數據基礎。

三、結束語

航空飛行器的安全性一直是業界的熱點話題，如今針對航空發動機的健康管理技術也成為研究熱點。如何通過先進的機內自測試BIT技術來保障航空發動機控制系統的可靠性，并將航空發動機的健康管理技術同數字電子控制器的BIT技術有機結合起來，成為當前業界的一個新課題。航空發動機維修工作面廣、工種復雜、專業性強、安全責任重大，是與現代高新技術共同進步的新型技術領域，近年來已逐漸成為人們關注的焦點之一。目前BIT的發展新趨勢主要有：智能BIT、綜合診斷和預測與健康管理（PHM）等。BIT智能化主要解決了傳統BIT在最優設計、信息獲取、分析處理、綜合決策等方面的不足，提高了整機故障診斷能力，降低了系統虛警率，它是實現裝備自主維修以及維修智能化的重要手段，在保證航空發動機完好性、提高維修效率、節約維護費用等方面起著重要的作用。

參考文獻

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