基于大數據平臺的蒙皮出口活門故障預防性監控研究

■ 徐燕燕 李悅 徐翔 顧斌/春秋航空股份有限公司

蒙皮出口活門用于排放飛機電子設備艙中的空氣，對電子艙進行通風和降溫。當飛機運行過程中出現蒙皮出口活門故障時，若無法及時排故更換，則需要依據MEL 執行M 項工作，將蒙皮出口活門人工鎖定至開位放行，一旦起飛或飛行過程中同時出現電子艙煙霧警告，即使飛行員沒有察覺到有煙霧，也需要執行ECAM 指令，進行一系列操作并將飛機盡快著陸，從而造成返航、備降等一系列嚴重后果。另外，如果蒙皮出口活門在空中沒有正常關閉，也會觸發警告，造成返航。因此，對于蒙皮出口活門的預防性故障監控顯得尤為重要。如果能在活門故障前就預先識別故障跡象，對存在故障隱患的活門提前進行更換，將大大減少蒙皮出口活門故障造成的運行事件，從而提高航空公司放行簽派率和運行品質。

1 蒙皮出口活門基本工作原理

蒙皮出口活門作動板的開關由活門作動筒進行操控。作動筒伸出，活門板關閉；作動筒縮進，活門板打開。電子艙通風系統分為活門全開（飛機在地面時）、活門全閉（飛機飛行中）、活門半開（飛機飛行中）三種模式。活門板的每個狀態都由一個制動電門和一個指示電門控制和指示。制動電門用于控制內部電路的通斷，并給出反饋信號；指示電門同時給出指示信號，指示活門板所處的位置。

2 蒙皮出口活門常見故障

以空客A320 飛機上安裝的件號VFT300B00 的蒙皮出口活門為例，該活門送修故障通常表現為“蒙皮活門有故障信息”或“蒙皮活門位置指示××”，兩種故障信息都說明活門作動板能夠打開和關閉，但是其位置指示有誤。

如圖1 所示的活門內部電路圖，活門有完全打開、部分打開、完全關閉三種位置。由活門內部7 個獨立的微動電門的通斷組合來進行識別。完全打開位置由微動電門S1 和S2 來控制和指示，部分打開位置由微動電門S3 和S4 來控制和指示，完全關閉位置由微動電門S5和S6 來控制和指示。S1、S3、S5 為制動電門，S2、S4、S6 為指示電門。圖2 所示狀態為活門作動板在完全關閉位置，S5 已將內部電路斷開。

圖1 VFT300B00活門內部電路圖

若給電接頭的插針A 通電，則插針A 通過S1 與電機相連，內部電路接通，活門板向完全打開位置運動，此時插針G 和H 通過S2 接通，指示活門板不在完全打開位置。當活門板剛離開完全關閉位置，S5 與上方觸點接觸，插針C和D 斷開并與電機相連，之后S6 與上方觸點接觸，插針K 和L 通過S6 接通，指示活門板已經不在完全關閉位置。當活門板即將到達完全打開位置時，S2 先于S1 作動到下方觸點，插針G 和J 接通，指示活門板到達完全打開位置，之后S1 作動到下方觸點，插針A 與電機斷開并與插針B 接通，活門板停止運動，S1 向外輸出打開控制的反饋信號，此過程可概括為“先指示，后斷電”。

在上述過程中，若下面幾種現象有任意一種或多種出現，則飛機上顯示該蒙皮活門有故障信息。

1）完全關閉位置時，G 和H 不接通；

2）活門板離開完全關閉位置后，C和D 依然接通；

3）活門板離開完全關閉位置后，K和M 依然接通或K 和L 不接通；

4）將要到達完全打開位置時，S1先于S2 作動；

5）插針A 與電機斷開后，不與插針B 接通；

6）S2 作動到下方觸點后，插針G和J 不接通。

同樣，當活門板反向從完全打開位置向完全關閉位置運動，或從完全關閉位置和完全打開位置向部分打開位置運動時，指示電門和制動電門的作動順序同理。

3 蒙皮出口活門故障預防性監控要點

通過上面的分析可以看出，活門板的運動及其所在位置的信號輸出與電門的作動有密切關系，因此微動電門自身假信號問題和運動機構機械卡阻是產生故障的根源。

微動電門一般有3 個觸點：C、NO和NC。C 是公共端，NO 是常開觸點，NC 是常閉觸點。這3 個觸點在長期使用的情況下容易產生電燒蝕，使得接觸電阻變大或不穩定，容易導致故障信號的產生。從空客發布的數據來看，蒙皮出口活門故障很大比例是由于內部微動電門問題引起的。但電門不可以分解，觸點是否有燒蝕在航線維護時無法發現，只有活門部件返廠送修時才能對其進行檢查。

運動機構機械卡阻多緣于花鍵加工工藝問題，花鍵在工作過程中會產生碎屑或損壞，最終造成活門的真實卡阻，且這兩類問題導致的最終后果都是活門關閉時長過長，觸發相關警告。

如果可以發現微動電門問題，在航空公司航線維護層級就能提前識別到微動電門觸點燒蝕問題以及運動機構卡阻問題，對于提前防控蒙皮出口活門故障將起到明顯的作用。

4 通過大數據平臺建立預防性監控方法

蒙皮出口活門易導致飛機滑回、中斷起飛和返航的另一個重要原因是電子艙通風系統邏輯設計缺陷。根據FCOM手冊上原理闡釋圖，電子艙通風系統關閉的邏輯為：空中或地面且TO 位時關閉，而活門關閉需要10 ～12s。10s 之后，飛機已經進入4、5 階段。4、5 階段是系統警告抑制階段，如果活門未正常關閉，會在空中報警，進而造成返航。

因此，考慮利用系統監控蒙皮出口活門的關閉時長，從而監控活門內部觸點的工作狀態，對蒙皮出口活門進行預防性監控。經過研究發現，以A320 飛機為例，可以通過抓取AIRSOVFO（活門全開）、AIRSOVFC（活門全關）、AIRSOVPO（活門半開）3 個表征活門位置的參數來建立預防監控模型和設置監控邏輯。

設置監控邏輯時，應在邏輯中排除人工超控的情況，在設置激活此邏輯的相關飛行階段后，記錄蒙皮出口活門從全開位到全關位所耗費的時間，通過相關自編ACARS 報文將該數據實時采集并下發到地面，如圖2 中藍框所示，將采集到的相關數據記錄在報文中，地面處理系統即可對該報文進行解析，提取相關數據并同步傳輸進入大數據中心，供地面監控平臺進行預警監控，同時生成可視化趨勢分析報表（見圖3），方便對每架飛機和機隊的故障趨勢及整體情況進行監控。

圖2 報文數據提取示意圖

圖3 平臺監控可視化趨勢分析報表示意圖

對飛機端進行報文編輯設置后，同時在地面監控平臺里編寫報文解析邏輯并設置監控閾值。可以將蒙皮出口活門關閉的停止位置FC 和PO 作為單選條件，展示參數蒙皮出口活門關閉的時間散點圖。全機隊數據以散點圖形式展示在同一坐標圖內，時長≤12s 的標注為藍色，時長＞12s 的標注為紅色，預警閾值線就設置為12s。

平臺實時接收整個機隊的監控報文，并對相關數據信息進行抓取和計算，通過散點圖顯示，支持通過機號或航班號進行檢索，當數據顯示超過預警閾值時進行相關預警，并通過郵件通知維修控制中心。

蒙皮出口活門關閉時長監控郵件的提醒規則：蒙皮出口活門從打開位至全關位的關閉時長，在最近15 次里出現過3 次以上（含3 次）大于12s 的情況時，地面監控平臺會自動推送郵件預警，提醒維修控制中心和相關工程師，以提前進行預防性維修。收到提醒郵件后，維修控制中心可以及時安排蒙皮活門的更換，從而預防蒙皮出口活門故障。的超過3 次異常現象，之后在C 檢停場時對蒙皮出口活門進行了預防性更換，后續監控活門關閉時長立即恢復到正常范圍值以內，有效避免了突發故障對航班正常運行的影響。

圖4 地面平臺預警監控示例散點圖

5 總結與展望

通過本文的研究，可以對蒙皮出口活門的關閉時長進行監控，探測其內部微動電門觸點的工作狀態，從而進一步對活門進行預防性維修，避免因一個小小的活門故障影響航班運行。

如何對隱藏在部件內部的故障進行有效的預防性監控，一直是航空維修工作中的難點之一。本文通過系統原理分析、故障原因分析、部件研究和趨勢監控，同時利用飛機數據總線中產生的海量監控數據，設置不同的監控模型和預警邏輯，形成整個機隊的“大數據池”，在大數據平臺的基礎上，開發各種有效的預防性監控手段。

不遠的將來，飛機的運行數據會越來越龐大和豐富，為飛機健康監控和預防性維修帶來更多可能。在部件可靠性和MSG-3 維修分析原理越來越成熟的今天，對大數據的應用將成為未來飛機維修水平邁上新臺階的關鍵。