飞机电气故障智能诊断系统检测

飞机电气故障智能诊断系统检测

金凡深、石野

哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江哈尔滨市150060

摘要：随着飞机的不断发展和集成开发的不断深化，飞机电气系统将更加智能，功能将更加丰富，而故障的模式也必将呈现多样化。飞机电气故障是指飞机电气系统中其中某环节出现功能丧失或错误，其实质可能是逻辑设计潜在缺陷、元器件损坏或者偶发性故障。近年来，飞机的结构越来越复杂，飞机电气故障诊断的难度也越来越大。深入分析飞机电气故障模式、系统的诊断状态，研究了基于代码的供电故障注入测试在飞机电气系统故障诊断中的应用，并在此基础上形成了基于故障注入的供电系统可靠性分析和故障诊断方法。

关键词：航空装备；电气系统；故障诊断；

1飞机电气系统的构成部分

1.1电源系统

飞机电源系统是飞机电气系统的重要组成部分，在中型运输机中由四台涡桨发动机驱动直流发电机与交流发电机为其飞机电子系统的正常运作提供所需电力，同时起到协调、引导、控制电能转换的作用。飞机电源系统是由多个不同功能的电源协同组配而成，布局较为复杂，飞机飞行时由每台发动机上的两台直流发电机与一台交流发电机共同作用发电，四台发动机上的供电通道作为电能传输的主要部分，同时在机身加设控制电能传输设备以及互感器、电源开关等相关设备共同组成中型运输机电源系统。

1.2配电系统

配电系统在飞机电气系统中，承担着管理、控制电能等作用，是保证飞机上电力安全使用的系统。配电系统由电缆线、配电柜、导电设备、相关配件设备等组成，由各种较为零散的配件设备共同为飞机用电部分安全传输电能，控制并维护各种设备用电时的安全。由于飞机配电系统是控制电力使用情况的电气系统，在飞机飞行及起飞着陆过程中可能遇到各种突发状况，为了保证飞机的飞行安全，所以要针对可能出现的各种情况实施不同的应对措施。需根据可能出现的情况进行电气总线监管设置，必要时进行人工监管，其他部分由飞机电气控制系统自动应对。

1.3用电设备

用电设备包括飞机飞行操纵、发动机控制、航空电子、电动机械、生命保障、武器操纵、照明与信号、防冰加温和空勤组生活服务等系统飞机上各种使用电能的设备及装置，包括各种电子仪表、设备、记录器等。不同的设备使用的电压类型与功率也不同，用电设备是电气系统的使用终端设备，只有保证用电设备的各自电气要求时，设备方可正常工作

2、飞机电气系统的组成

（一）飞机电源系统

在飞机电源系统中，为保证电源系统的正常运行，除了配置主电源之后，还配置了应急电源，同时还安装有辅助发电系统和地面电源接入系统，具体组成可见图1。其中，飞机两侧的发电机为LS/G、RS/G；APU是飞机的精助动力装置，GCU主要对发电机系统进行控制；EPCU能够进行电力电能控制；BDC是飞机两侧的变换器；ECS主要是进行环境的控制。

（二）飞机配电系统

一般来说，为保证飞机飞行安全，一般都会配备多级配电系统，除了基本的一、二次配电设施之外，还设置了供电管理中心和BPCU（Bus Protection and Control Units）等。其中，供电管理中心处于核心地位，需要设置自检功能，以确保信息的传递，同时还能够对飞机上的电源状态进行控制。同时，通过供电管理中心，还应能够实现对各级电源及设备用电情况进行检测和控制。当接收到总线指令之后，管理中心还应结合配电装置进行反应，实现全面管理。

3、飞机电气系统故障分析

从目前的发展趋势而言，飞机系统进行数字化管理已经成为一种趋势，而供电模式也会随之数字化。在飞机运行系统越来越复杂的情况下，配套设施的复杂程度也在随之增加，供电系统也一样，同时系统的重要性也会不断的增加。而且飞机的运行环境相对复杂，有很大几率会工作与恶劣环境中，在电气系统十分复杂的情况下，对供电系统的安全性和稳定性都提出了更高的要求。为对供电系统进行有效的测试，避免不安全因素出现的可能性，需要构建一个完善的测试环境，能够覆盖飞机运行环境，对供电装置的可靠性进行验证，保证飞机的飞行安全。

本此研究主要是结合航空电气系统的实际运行情况，对故障类型及分析方法进行一定的探讨，其中重点在于故障定位的分析。当通过系统分析得到故障模块位置之后，根据整个系统的组成进行位置锁定，以提高电气系统的维护效率，确保飞机系统稳定的飞行。

以下，将对故障分析及排除方法进行详细的描述。首先，本次研究的故障分析方法是建立在测试平台基础上实现的，通过搭建小型故障测试平台，并在平台中导入飞机已有飞行数据，作为飞行库的建立基础。同时，还要构建相应的故障库，并以软件的方式注入到平台之中，以对当前系统的运行故障进行分析。

4、故障测试方法

根据电气系统的结构组成，可知故障发生位置可能在三个地方，即电源系统部分、配电系统部分和用电网络中。在电源系统中，用途不同所对应的电源结构也存在一定的差异，例如主电源中除了发电机、控制器及较大功率的开关控制元件之外，还可能存在各种电源转换装置，例如AC/DC、DC/DC、DC/AC等。而在配电系统中，系统的项层结构不同，存在的硬件和软件设施也存在差异，例如电源系统的固态配电装置数量的设置，汇流装置大小的设置等。用电网络中，各用电设施和辅助设备也有可能发生故障，例如供电电缆、电连接器等。对于上述各子系统中，在不考虑余度的情况下，一般都可归类于单点故障，在故障测试过程中，只需要注入相应的模块代码，即可完成定位测试。例如，当飞机需要进行改型时，需要对配套的软件和硬件电路进行更改，在完成更改工作之后，即可使用平台进行故障的测试，通过总线向系统输入相应的故障模式代码，待系统运行之后观察是否响应即可基本判断是否存在故障。一般来说，系统的响应一般包括三个部分：系统的自检；系统运行（包括输入和输入两种状态）。

电气故障测试平台的核心部分为主控平台，所有故障的检测和识别工作都是通过平台实现的，首先通过平台识别故障，并根据故障类型自动编译并注入故障编码，在测试环境中运行。同时，在测试运行过程中，主控台还应检测并采集故障节点位置数的电流、电压等用电数据，并进行一定的分析，同时实施系统设备的自检状态。当注入故障编码之后，还要感知整个测试系统的运行状态，尤其是节点位置处需要重点关注，并将其反应在状态指示灯上，还可通过波形指示器进行实际电能数据的现实。因此，主控台具有一定的智能性，可结合用户设置的参数自动导入故障，当故障注入系统之后，就会自动形成预设输入状态，对电气系统的实际运行情况进行模拟。例如在对对机载运行故障进行模拟时，可结合对机载实际运行故障，对供电、通讯以及相关节点是否正常进行设置；同时，对输出电平进行测量，与驱动相应的负载，对故障发生后的反映情况进行模拟。

结语

随着飞机的不断发展和集成开发的不断深化，飞机电气系统将更加智能，功能将更加丰富，而故障的模式也必将呈现多样化。为了提高飞机电气系统运行稳定性，应基于其特点，选择合适的故障诊断方式来确定其运行状态，并针对此来采取相应的措施进行优化，从而提高飞机运行安全性。

参考文献

[1]王建立,肖波平.基于多重结构小波神经网络的航姿系统故障诊断研究[J].电子技术与软件工程,2019,3(12):150-152.

[2]秦逸.通用航空飞机机载电子设备故障检测方法探讨[J].中国设备工程,2020,No.408,111-112.