航空電子系統的安全性診斷技術探討

王志強

（長沙航空職業技術學院，湖南 長沙 410007）

由于航空電子系統具有電子化和集成化的特點，導致其出現的故障類型十分復雜，并且對于單一的故障在短時間內無法做出精準定位，促使航空電子系統安全性診斷越來越專業化，增加了航空公司的診斷與維護成本[1]。基于此，研究高效的航空電子系統安全性診斷技術，不僅有利于節約成本，還有利于提升診斷質量與效率。

1 航空電子系統基本構成

航空電子系統中的各模塊是一個復雜的整體，但同時它們之間又具有獨立性，以此來滿足不同飛機電子系統占比的需求。因此，飛機中的電子系統內部結構錯綜復雜，但是航空電子系統為滿足飛機的不同飛行高度和角度需要，其中的各項功能大同小異。航空電子系統主要包括：任務管理系統、飛行管理系統、核心處理系統、飛行系統、機載維護系統以及綜合顯示系統等。因此，航空電子系統在飛機中具有重要作用，可以有效提升航空電子系統的安全性與可靠性。但是，隨著計算機信息技術的不斷發展，航空電子系統中的硬件設備日益復雜，使得航空電子系統維修成本較高[2]。如果飛行過程中各項監測數據反映出問題，維修人員就要根據監測的數據，針對性地進行檢測與維修。目前，基于飛行數據的航空電子系統安全性檢測方式正在逐漸代替傳統的檢測維修方式。

2 航空電子系統安全性診斷面臨的問題

2.1 特征參數不易獲取

特征參數具有直觀性和簡單性，可以為航空電子系統故障檢測提供較大便利，并能夠在相關機械系統中大范圍應用。不過在航空電子系統中，獲取飛機的各項數據參數有一定難度，導致特征參數在航空電子系統中無法發揮最大作用。例如，特征參數在PHM機械系統中應用時，正常情況下可以直接找到潛在故障，隨后通過相應的推理算法，對潛在故障進行研究與分析。但是，如果飛機出現磨損嚴重或者振動信號改變的情況，航空電子系統中的特征參數就無法找到相應的故障參數，導致無法通過信息檢測參數對飛機中的設備進行有效預測。因此，經常出現飛機發生突發性故障，但是特征參數無法第一時間預測的情況[3]。目前，隨著半導體技術的快速發展，航空電子系統中電路發生故障的概率非常大。針對電路故障，Impact 航空公司提出了多種參數的預測方法，該方法實用性較高，并且檢測過程十分便利。

2.2 故障模型建立困難

相關調查研究表明，航空電子系統經常出現的故障往往是多種因素共同作用的結果。因此，維修人員想要準確判斷航空電子系統出現的故障，就要將多種因素對航空電子系統造成的故障損傷進行系統深入的分析，繼而建立完善的航空電子系統故障模型，并針對各類損傷數據進行研究，繼而找出多種因素之間的關聯性，隨后再判斷多種因素疊加在一起會產生多重的損傷程度[4]。但是，現階段航空電子系統影響因素錯綜復雜，導致故障模型建立困難，無法準確地根據模型對航空電子中的潛在故障進行判斷。

3 航空電子系統的安全性診斷技術

3.1 利用監測特征參數法監管

自從空客A320 系列使用的電子系統成功后，航空電子系統相關設備在航空業中的使用率非常高。但是，目前最先進的航空電子系統是空客A380 飛機和波音787 型飛機中的電子系統，該電子系統將傳統的功能全部統一在綜合機電系統下，促使飛機在飛行過程中，只要出現細微的變化，運行狀態就會被影響。例如，波音737MAX 發生事故的主要原因就是航空電子系統檢測到故障后，飛機的控制系統處理方式缺少合理性，繼而引發飛機失控?；诖?，應該定期維護與檢修飛機的安全性控制系統，不斷完善相關電子設備，并充分利用航空和電子系統的優勢，對飛機的特征參數進行實時監控，繼而檢測出潛在故障[5]。但是，需要注意的是，這種特征參數檢測方法會產生海量數據信息，維修人員需要在海量數據信息中挑選有效的數據信息，隨后通過預測算法的方式對故障進行檢測，并且由于航空電子系統的結構和功能有一定差異性，獲得特征參數的數據信息就會呈現多樣化。但是，想要改變這種方式，就要將無線傳感器和GPS 定位相結合。例如，某航空公司將飛機中的無線傳感器和GPS 定位機二者結合，形成了一個精準的無線接收系統，然后利用加速實驗就可以提取飛機中的各項參數，有助于維修人員快速開展工作，利用提取后的精準數據信息就可以對飛機航空電子系統進行精準評估[6]。

3.2 傳統的安全性檢測維修方案

隨著飛機中各項電子設備不斷更新，航空公司需要控制飛行的穩定性，早期的飛機結構相對簡單，導致飛機發生故障的概率非常高，并且飛機中各項電子設備的功能會隨著年限的增加而持續下降。傳統飛機的維修和故障檢測技術水平相對較低，主要是通過工作人員對飛機進行維護與檢測，并且工作人員只能有效解決飛機表面故障。飛機故障主要是通過失效率的時間進行判斷，傳統的檢測方式中，維護人員只能通過機械檢測的方式應對飛機出現的故障。與此同時，維護人員針對特殊的故障問題缺少有效的解決方法，繼而導致飛機經常出現失控的問題。但是，現階段航空電子系統逐漸集成化和復雜化，新型材料在航空業中的應用范圍也越來越廣泛，傳統的飛機維修與檢測方式已經無法滿足航空電子系統的檢測要求。從大部分故障分析來看，故障發生原因也越來越復雜。基于此，航空業應該基于大數據技術，針對航空電子系統中的潛在故障進行評估與分析，繼而提前發現問題，并及時解決問題[7]。

3.3 故障診斷專家系統

故障診斷專家系統主要是在航空領域形成對應的專業知識庫和工程經驗，并且該故障診斷系統可以定期對飛機信息進行自動檢測，促使采集的參數和結構形成綜合的知識庫，再進行一系列分析，最終精準定位航空電子系統故障。航空電子系統故障診斷專家系統的最大優勢就是普通的維護人員也可以解決高難度的故障問題，降低維修人員的門檻。其中，航空電子系統故障診斷專家系統主要包括知識庫、推理機、信息采集以及人機接口。故障診斷專家系統結構如圖1 所示。

圖1 故障診斷專家系統結構

航空電子系統的故障診斷專家系統主要分為地面故障診斷專家系統和機載故障診斷專家系統兩個部分。地面故障診斷專家系統主要是通過人機接口對地面進行診斷，再由地面診斷設備負責數據錄入、故障分析等，然后在知識庫中顯示結果。機載故障診斷專家系統主要通過本地專家知識庫進行故障分析，并將分析后的結果送往機載顯示設備。機載顯示設備主要具有顯示和自動檢測功能，地面故障診斷系統主要具有信息采集功能，主要對航空電子系統中的各項硬件進行測試[8]。

3.4 多控制面偽逆技術

飛機運行時經常會面臨未知的故障，正常情況下，處理故障的方式都是模塊系統重新啟動，就可以解決運行中出現的故障。如果飛機表面發生嚴重損傷，模塊系統就會無法重新啟動，導致飛機在運行中可能會失去控制，降低飛機的運行性能和穩定性。基于此，多控制面偽逆技術可以有效解決損傷嚴重問題，因為多控制面偽逆技術作為冗余設計法，當飛機表面出現異?；蛘唛L時間無法啟動某種功能時，多控制面偽逆技術就可以自動反饋調節，并且對飛機局部系統進行重新構造。在飛機局部系統重新構造的過程中，其可以保證航空電子系統中各項功能不受影響，促使飛機保持原本的運行狀態[9]。另外，多控制面偽逆技術還具有局部模式切換的功能，在飛機出現故障時，可以無縫銜接切換其他模式。

3.5 數據采集和傳感器技術

航空電子系統中的PHM 數據主要是通過傳感技術采集而來的，傳感技術可以對海量的數據信息進行精準采集，并且還可以保證PHM系統正常運行?；诖?，航空業針對傳感技術的精準性和帶寬提出了更高的要求，只有保證傳統技術的精準性和帶寬，才能保證PHM系統的穩定運行[10]。與此同時，航空電子系統的故障錯綜復雜，PHM系統在監控各項數據參數的過程中，需要使用大量的數據進行運算，還要對電子系統內其他參數進行檢測。因此，其他參數也要配備傳感器，這導致航空電子系統中存在大量的傳感器，如果沒有及時安裝，航空電子系統就會無法正常運行。

3.6 解析冗余診斷技術

飛機在某些狀態下，故障隱患可能不會影響飛機運行，但是一旦飛機切換另一種狀態，潛在的隱患問題就會立即暴露出來。例如，飛機在降落和起飛過程中出現安全隱患問題，這個階段屬于人工駕駛階段，在這個階段可以由飛行員自行操控信號解決，這樣對飛機的影響也較小。針對巡航階段，飛機的飛行屬于自動駕駛模式，簡單來講，就是飛機在一定高度保持平直飛行，如果這個環節出現振動故障，那對飛機的運行狀態就會產生較大影響，降低飛行的舒適度，甚至還會影響飛機的安全。飛機之所以檢測到振動故障，主要是因為傳感器的結構和氣動彈性發生故障，飛機表面結構彈性因外部氣動力的壓力而產生較大振動頻率，并且飛機在這個時間始終保持飛行，繼而引發飛機表面出現振動故障。解析冗余診斷技術主要就是將飛機的傳感器和飛機表面進行對比，判斷飛機出現故障的真實情況，繼而利用該項技術的優勢，精準地對故障進行針對性調整。

4 結束語

綜上所述，航空電子系統安全性主要聚焦在設計環節，利用監測特征參數法監管、傳統的安全性檢測維修方案、故障診斷專家系統、多控制面偽逆技術、數據采集和傳感器技術、解析冗余診斷技術等航空電子系統的安全性診斷技術都可以很好地解決航空電子系統安全故障問題。高效的航空電子系統安全性診斷技術，不僅可以節約成本，還可以提升診斷質量與效率，并對飛機飛行起到很好的保護作用。同時，航空業應該針對飛機電子系統可能出現的故障，提前進行評估與診斷，繼而做出針對性的調整，有助于提升飛機的安全性。