飛機航空電子設備故障類型與診斷技術研究

尚浩，劉美山

（中國飛行試驗研究院，陜西西安，710089）

0 引言

飛機航空電子設備的保養和故障診斷對于航空系統的安全、穩定運行具有重要作用，一般航空飛機上機載電子設備種類較全，如GPS接收機、燈光照明系統、警告系統等。如今，飛機航空電子系統的功能不斷增加，電子設備的故障定位與診斷越來越復雜。在飛行前和飛行中，要定期對飛機進行故障診斷，時刻保障航空電子設備各項功能的正常運行。對飛機航空電子設備進行完整的檢測需要花費較大力氣，為提高故障診斷技術，研究出更加科學、高效、全面的故障診斷技術顯得尤為重要[1]。

1 航空電子設備故障類型

雖然航空電子系統復雜繁瑣，但是其電子設備的故障類型大致可以分為三類，主要包括航空電源設備故障、自動檢測設備的故障以及計算機控制系統的故障。

1.1 航空電源設備故障

電氣零件和組成常見于飛機航空設備中的每個模塊，其使用頻率很高，因此電氣故障已經成為飛機航空設備中較為常見的故障類型。大型、復雜的飛機航空電子系統的運行需要強大的電源供給與支持，如果電源在使用過程中出現了電源順時過載或者瞬間短路，會造成嚴重的電源設備故障，危及飛機航空系統的安全。穩壓電源中具備穩壓芯片，其發揮著重要的作用，因此在對航空電源設備故障進行排查時，首先檢測調節電壓芯片，再逐一排查其他元器件的故障。航空電源設備線路圖，如圖1所示。

圖1 航空電源設備線路圖

1.2 自動檢測設備的故障

在整個智能化、自動化的飛機航空電子結構中，自動測試裝置是完成飛行必不可少的組成因素。如果自動檢測設備出現故障，例如，呈現出了板卡形式，那么很容易出現接觸不正確或者板卡連接失敗的錯誤現象。飛機航空電子設備需要嚴格保護其核心電路，多采用封裝的制作方式，當自動檢測設備產生故障時，這種電子設備制作方式一定程度上限制了對其中相關模塊的快速、精確定位[2]。

1.3 計算機控制系統故障

通過計算機可識別的編程語言實現對飛機航空計算機系統的控制，計算機控制系統是一項綜合的智能控制系統，但也會有故障的時候，通常會因為出現了亂碼和隨機代碼，導致信號或指令的錯誤傳達與執行，造成計算機控制系統的故障。其中信號處理系統出現故障通常會導致隨機代碼的出現；顯示控制系統出現故障會造成內容錯誤的現象。在計算機控制系統中需要數字信號和模擬信號之間的轉變，當系統出現故障，這一過程就無法正常運行；通過定期檢測DA裝置來避免亂碼的產生，以保證飛機航空計算機控制系統的正常運行，同時也要注意檢查線路連接是否通暢,做好航空電子設備后勤管理、保養以及維修工作。

2 飛機航空電子設備故障診斷技術分析

2.1 電子電路故障診斷

2.1.1 數字電路故障診斷方法

在飛機航空電子設備中，數字電路設備的正常運行至關重要，但所有的電子元器件都有使用壽命和可靠性問題，因此，元器件、電路以及設備都有可能出現各種故障問題，首先對數字電路設備進行故障的模型化，將常見故障進行歸類，以便于準確定位與診斷電路中出現的故障，主要分為固定型故障、橋接故障以及暫態故障。對此，可采用測試碼生成法和偽窮舉測試法進行這些故障的診斷。利用測試碼生成法對數字電路的故障進行全面檢查，并結合布爾差分法和D算法得出相應測試碼，進行可靠、準確的故障定位。另一種，偽窮舉測試法，是將數字電路先按照一定方法進行合理劃分，對劃分以后的每一部分電路進行窮舉測試，這樣減少了不必要的測試數，提高了故障診斷效率[3]。

2.1.2 模擬電路故障診斷

（1）測前模擬法。飛機航空電子設備的故障檢測中常用到測前模擬法，這一故障檢測模式的原理相當于對應著字典找故障，工作過程為：在計算機平臺上進行仿真，此仿真要能夠良好應用到實際模擬電路上。記錄并對比測前模擬和被測電路施加時的相關數據和特征,依據數據和特征進行模擬電路故障的查找。

（2）測后模擬法。測后是指測量以后，相比于測前模擬法，此方法更偏向于故障分析法，此工作過程為先按照測量后得到的數據信息模擬出相應電路，利用故障證實技術和參數識別技術對這個模擬電路進行故障分析。故障證實技術：根據以往的經驗或者相關現象首先猜測模擬電路中故障和導致數據出現誤差的原因，之后進行測量驗證猜測。如果猜測被證實，則表明此處確實出現故障，進行切除即可，因為電路系統趨于復雜，可能同時出現多種電路缺陷，對大量的單個功能缺陷以及組合缺陷進行逐一猜測和故障證實，顯然工作量是非常大的，這時要用到電路切割法，將電路進行有效分級，再對每一級的電路分別進行排查診斷，減少工作量，提高故障診斷效率。另一種是參數識別技術，需要有拓撲結構、輸入激勵以及得到的輸出響應，根據這三個條件就可得到此網絡的所有相關參數，根據參數的公差進行檢索識別，進一步查找計算參數公差邊界，就能夠完成對網絡錯誤元素的識別[4]。

2.2 電子設備故障診斷

飛機航空電子設備的快速、精準故障診斷是減少飛機航空事業損失的重要保障。電子設備的故障診斷技術也在不斷的研發與應用,目前采用較多的故障診斷技術，例如基于解析模型的方法、基于信號處理的方法、基于知識故障的診斷方法。

（1）基于解析模型的方法。此方法可以實現對飛機航空電子設備故障的動態化診斷，對診斷對象建立精準的數學模型，對模型進行測量比較時，著重檢測與比較模型能夠傳達的信息和其中的可測量數據，對此進行深入的分析和整理，完成基于解析模型的飛機航空電子設備故障診斷[5]。

（2）基于信號處理的方法。與上一種故障診斷方法相比，信號處理方法不用對診斷對象建立精準的數學模型，雖然一定程度上使得不少的故障診斷不確定因素被忽略，但有減小了故障診斷方法施行的難度。對信號模型和相關頻譜、波形特征、信號頻率變化進行分析和測量，可以得到關鍵的測量信號，最終檢測到電子設備的誤差和故障。

(3)基于知識故障診斷。這種故障診斷方法也不用專門對被測對象建立完善的數學模型，專家系統故障診斷是其主要診斷技術。通過信息技術和相應硬件設備收集被診斷對象的數據信息，按照設備運行原理和設計原則等進行推理，同時以各種應用軟件程序進行輔助，在軟件程序應用過程中，借助用戶反饋的信息或者主動對用戶進行調查，以快速、全面地找到飛機航空電子設備所存在的故障和錯誤，全面排查以后由用戶確認。在現實的飛機航空電子設備故障診斷中，用時更少、診斷更全面、診斷更精確是人們不斷努力的目標，盡量結合實際的故障情況，選擇具有針對性的故障檢測步驟和診斷方法，進行故障信息的綜合分析和充分利用。故障診斷方專家系統結構的組成如圖2所示。

圖2 故障診斷專家系統結構圖

由圖可知，數據庫功能所處的位置表明了其重要作用，在整個故障診斷專家系統內，數據庫監測數據要做到實時更新，數據庫單獨的診斷圖，如圖3所示。

圖3 數據庫診斷圖

圖2中的知識規則庫，其中保留了故障診斷專家系統的內容和運行環境，專家系統應用的原則反映了此系統的前后因果關系，在故障預測和推理方面發揮重要作用，因此知識庫是專家系統應用中的重要工具。人機接口指的是人類和專家系統之間的信息交流通道，承接重要的信息交接作用[6]。

圖2中的推理機，在一定的規則下，充分利用結合數據庫和知識規則庫所獲得的數據，進行故障和錯誤的診斷，得出結果。推理機是故障診斷專家系統中必不可少的組織結構。飛機航空電子設備故障診斷專家系統的主要應用作用是借助故障診斷專家的豐富診斷經驗和海量知識儲備，對飛機航空電子化學設備、計算機控制系統以及機械系統等組成進行專業的故障診斷。

3 結語

在飛機航空電子設備故障診斷過程中，先進、全面、可靠的故障診斷技術在飛機航空電子設備的運行與維護中發揮著重要推動作用。飛機航空電源設備、計算機控制系統及自動監測設備等較為復雜，很容易發生故障，對電子電路進行模擬電路診斷、數字電路故障診斷，對電子設備進行基于信號處理、基于解析模型和基于知識故障診斷的方法，有效保障飛機航空電子設備的故障診斷效果，以保證飛機航空電子設備的正常運行。