飞机起落架液压收放系统的故障程度诊断

飞机起落架液压收放系统的故障程度诊断

张杰 张哲 朱乐

陕西飞机工业有限责任公司 723213

摘要：液压起落架回收系统属于安全要求最高的飞机系统。它是否正常运行直接影响到飞机的正常起飞和着陆以及乘客生命安全。近年来，经常有飞机起落架通常无法驶入的事故报告。飞机的健康管理是近年来研究的热点。通过设备状态监测、故障诊断和预测，可以将传统的定期维护转变为面向状态的维护，并预先防止故障的发生。健康评估是健康管理体系的重要组成部分。长期以来，航空发动机等系统的健康管理受到了更多的关注。近年来，人们开始研究飞机液压系统、起落架系统甚至空气传播设备的健康管理。本文主要分析飞机起落架液压收放系统的故障程度诊断。

关键词：飞机起落架;液压收放系统;条件变分自编码;双向长短期记忆神经网络;故障程度诊断

引言

起落架液压收放系统是飞机的重要组成部分，其性能的好坏直接影响飞机的起降安全。从美国国家航空航天局(NASA)发布的报告中分析，起落架系统故障在所有飞机故障中占比较高，而与收放系统相关的故障占到起落架系统故障的35%左右。从飞机液压系统故障诊断的方法层面看，对故障的诊断大多数停留在依靠经验和地面试验上。目前随着人工智能的成熟，神经网络在故障诊断方面的应用得到了飞速发展。

1、液压收放系统动力学模型

飞机起落架系统是起飞和着陆过程中的重要执行装置。飞机起落架系统的退升机构负责在起飞时将起落架推进到飞机内部，并在着陆时将起落架推出。整流装置用于实现飞机起落架系统与保证飞机安全起降运行的整个飞机之间的空间连接。飞机起落架液压退升系统主要由进气执行器、上下支承、缓冲器支承、牵引杆、整流器、液压缸、气门体、阻尼装置和电气控制系统组成。飞机起落架液压退升系统运动是一种多节点耦合连杆运动，容易受到外部因素的干扰。同时，液压退刀系统退刀机构的机械部分解耦。为了建立液压退刀系统的动态模型，将液压退刀系统置于理想状态，忽略旋转机构的空气阻力和噪声干扰。倾斜杆和机构连杆由固定装置固定，使固定点不会下降，整个液压退料系统的机械机构和液压致动器在合理的装配误差范围内，润滑效果符合飞机安全标准。

2、故障诊断方法

故障诊断是根据系统信号的特点判断系统状态是否存在缺陷的方法。飞机起落架液压退升系统是一种非线性多节点耦合控制系统。飞机着陆产生的巨大冲击影响了退机系统的稳定性。必须在系统故障时触发故障响应机制，调整相应参数或抑制相关函数，以减少函数实例造成的影响。基于模型设计和系统状态观测器实现了飞机起落架液压退升系统的故障诊断。其中，影响性能的参数可以从构建的动态模型中提取，传感器采集的信号可以进行有效性评估，然后可以将两者的数据结合起来形成诊断记录。系统状态监测器负责实时检测飞机起落架液压退升系统的工作状态。液压退刀系统的诊断必须诊断相应工作状态下的组件，退刀系统也是组件或系统诊断的有利条件。该记录提取诊断所需的诊断信号，系统健康状况监测器将反馈系统的工作状态输出到故障诊断模块。不同的故障诊断元素使用不同的故障诊断算法。触发错误时，将过滤错误状态。只有当错误触发的计数器达到错误确认的上限时，才能真正确认错误。此时，电子控制单元可以用相应的技术手段存储故障，同时激活电子控制单元中的故障响应模块，快速关闭飞机起落架的相应动作。飞机起落架液压退料系统故障状态可分为正常、部分正常、系统故障和部分故障四种状态。如果故障诊断模块检测到系统存在故障，则状态将跳到部分故障。当错误计算机达到部分错误模块中错误操作的上限时，它会跳转到系统错误。当故障诊断模块检测到故障消失时，它会进入系统的部分正常状态。只有当错误恢复计数器降到错误恢复计数器的下限时，接收和释放系统的错误状态才能恢复到系统的正常状态。在状态转换过程中，如果检测到部分故障，则只能立即设置故障，故障会随着时间自行愈合并自动消失。此时，错误状态将更新为系统的正常状态，计数器也将重置为初始值。故障诊断系统通常使用故障筛选算法来确认故障。故障状态是一种抖动状态信号，需要一种过滤算法来识别故障的最终状态。飞机起落架液压退升系统故障诊断可以连续观察系统的工作状态。当系统或组件引发故障时，故障状态计数可以根据时间连续累计，当计数器值达到相应的故障处理时间时，即可确认故障。因此，采用基于连续时间的误差滤波算法来确认误差。

3、故障定位

根据上述两种故障现象进行故障定位，比较了主试验台手动控制起落架撤空和反向操作铁尼亚拉撤机之间的过程差异，具体如下:(1)当铁尼亚试验台上的起落架在正常驶入后进入反向操作状态时，位置采集和撤空控制单元控制主升降电磁阀和同时关闭主升降电磁阀的绕组，然后全面控制主升降阀的绕组实现起落架收进和下锁的顺序控制。(2)在主试验台上，如果起落架在通常手动安装后以相反方向下降，首先关闭主通道电磁阀，然后关闭主通道电磁阀，且没有起落架故障。(3)起落架反向行驶的原则符合起落架反向行驶的原则。初始故障部位是，当起落架以相反方向上下移动时，由于主电磁阀和控制电磁阀的开关不一致，起落架上下移动。

4、起落架收放系统设计改进

对上述原因进行分析后，可以确定起落架在地面测试期间的后进故障是由于系统中主通风机故障造成的油库不足造成的。为解决这个问题，改进了起落架收进系统的原理，在主点电磁阀10的供油口和负载口之间添加了止回阀35，主控制电磁阀9的压力检修口与主机构进气电磁阀1的压力检修口平行连接。当起落架通常驶入时，主时间电磁阀9的油入口直接连接到液压源的压力输送管上，使油入口不会失去压力，并通过主时间电磁阀9返回主提升锁的主动力的静止腔；当起落架正常下降时，主行程点阀10的电磁阀线圈锁定时，主进油和进油驱动油的无疲劳腔可通过止回阀35返回，从而保证了顺利的石油回流途径。

仿真模型是仿真的主要步骤:在“草绘器”模式下创建系统结构模型，在“部分模型”模式下为每个元件指定适当的数学模型，在“参数”模式下为每个子模型设置参数，然后运行仿真。根据对起落架收回系统工作原理的分析，重要的是在建模中考虑起落架收回系统顺序效应的实现、前锁定执行器顺序效应和执行器速度的调整，以实现指定时间内的进给。模型首次构建后，将为每个元件指定适当的子模型，并根据典型区域飞机的系统参数设置每个元件的参数。例如，促动器是双腔einstab液压缸模型，参数包括活塞直径/行程、活塞杆直径和移动零件等效质量。电磁阀是具有固有频率、阻尼速率、通道流量/压力降等特性的四向电液比例阀。设置模型参数后，结合某型飞机起落架收进系统所需的时间，将起落架退刀时间设计为8s，并将退刀工具设计为10s。该时间设置可以通过调整节气门开口量来实现，以调整起落架收进机构的移动速度。

结束语

由于飞机起落架液压收放系统故障特征提取的困难性和故障发生的随机性，经过大量文献和手册查询，在众多故障特征中选取液压油滤阻塞、收放作动筒泄漏量、液压油泵泄漏量、节流阀阻塞、液压油中空气含量等五个主要评价指标，在指标权重方面把主观和客观的评判有机结合起来综合确定指标的权重值，既克服了主观权重的随意性，又体现机务维修专家的知识和实际工作经验，具有客观性更强、准确性更高的优点；利用三角形隶属函数线性关系，更为精确地体现不同评价等级间的临界状态；最后对模型进行实例验证，与实际风险等级基本相符。值得注意的是，隶属函数和评价等级节点的确定应借鉴更多的航空维修领域专家经验，并且在实际应用过程中对模型不断地修正和完善。

参考文献：

［1］印寅，聂宏，魏小辉，等．多因素影响下的起落架收放系统性能分析［J］．北京航空航天大学学报，2015，41(5):953-960．

［2］胡晓青，马存宝，和麟，等．飞机起落架收放系统建模与故障仿真［J］．计算机工程与科学，2016，38(6):1286-1293．

［3］林嘉琦，徐建国，刘星怡，等．基于深度信念网络的航空发动机气路故障诊断技术研究［J］．机械制造与自动化，2019，48(5):179-182．

［4］金棋．基于生成网络的行星齿轮箱故障诊断技术研究［D］．南京:南京航空航天大学，2019．

［5］宋亚，夏唐斌，郑宇，等．基于Autoencoder－BLSTM的涡扇发动机剩余寿命预测［J］．计算机集成制造系统，2019，25(7):1611-1619．