大型飞机机载系统预测与健康管理关键技术

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1、航空学报Ｊｕｎ．２５２０１４Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．６１４５９－１４７２ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａＳｉｎｉｃａＩＳＳＮ１０００－６８９３ＣＮ１１－１９２９／Ｖｈｔｔｐ：／／ｈｋｘｂ．ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎｈｋｘｂ＠ｂｕａａ．ｅｄｕ．ｃｎ櫒櫒櫒毃毃櫒ｄｏｉ：１０．７５２７／Ｓ１０００－６８９３．２０１３．０５４８櫒特约櫒櫒毃毃櫒櫒櫒大型飞机机载系统预测与健康管理关键技术王少萍＊北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院，北京１００１９１摘要：为确保飞机的高可靠性、高安全性和高维修保障性，大

2、型飞机机载系统均装备了先进的故障预测与健康管理（ＰＨＭ）系统，以实现高可靠运行和健康服役。从大型飞机健康管理体系结构入手，介绍了基于国际标准分层开放式的故障预测与健康管理空地结构，及其开放式、模块化和标准接口规范。着重分析了机载健康管理传感器网络和鲁棒故障特征提取方法、分层聚类和交叉增强校核的智能故障诊断算法和基于数据驱动与失效物理结合的故障预测算法等关键技术，探讨了基于健康状态的维修保障决策方法。最后，给出了空地一体的飞机故障预测与健康管理评价方法和健康管理技术的适用性分析。关键词：飞机机载系统；故障诊断推理

3、；故障预测；健康管理；维修保障评价中图分类号：Ｖ２１５．７；ＴＰ２０６＋．３文献标识码：Ａ文章编号：１０００－６８９３（２０１４）０６－１４５９－１４大型飞机故障监测与诊断起源于２０世纪５０波音７５７和空客Ａ３１０上。到了８０年代末期，随年代，美国的ＰａｌｏＡｌｔｏ公司首先研制了飞机发着总线技术和分布式系统的成熟度不断提升，出［１－２］动机自动测试系统和故障诊断装置。１９６１现了第３代故障诊断系统并装备于波音７４７和空年，美国开始推行阿波罗登月计划，由于出现了一客Ａ３２０，该系统主要采用了综合故障诊断和集中系列

4、设备故障造成了事故，１９６７年美国国家航空式故障显示系统，减少了检测系统的复杂性，提高［６］航天局（ＮＡＳＡ）成立了美国机械故障预防小组，了标准化程度。到了２０世纪９０年代，人们要［３］从事故障机理、检测、诊断及预报技术的研究。求飞机不仅要在执行任务过程中保证万无一失，２０世纪７０年代，第１代飞机采用了机内测试而且可以实时提供系统的健康状态，准确快速地（Ｂｕｉｌｔ－Ｉｎ－Ｔｅｓｔ，ＢＩＴ）完成飞机电子设备故障诊断进行故障诊断与定位，预测故障和剩余寿命，为维［４］与隔离，分别装备在波音７３７飞机和空客Ａ３００修人

5、员提供辅助决策支持，动态调度维修资源，从上，实现对模拟电子设备进行故障诊断隔离。由而减少地面维护和修理的停机时间，提高飞机的于当时的ＢＩＴ设计简单分散，诊断能力差以及虚完好性、运营效益和综合保障性。于是美、英等国警率高，其使用和推广受到了极大地挑战。为了相继开始了复杂装备的预测与健康管理（Ｐｒｏｇ－解决飞机系统ＢＩＴ诊断能力差和维修保障费用ｎｏｓｔｉｃｓａｎｄＨｅａｌｔｈＭａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＰＨＭ）系统研究，高的问题，美国罗姆航空发展中心在２０世纪８０通过引入智能推理和故障预测以提高飞机系统的［６－８］年代初

6、率先提出运用人工智能技术来改善ＢＩＴ故障诊断能力和维修保障能力，并装备于波音［５］的效能，以降低虚警、识别间歇故障，并装备于７７７，解决了飞机故障检测、定位、隔离、预测和维修收稿日期：２０１４－０１－０３；退修日期：２０１４－０２－１３；录用日期：２０１４－０２－１７；网络出版时间：２０１４－０２－２６１４：１１网络出版地址：ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／Ｓ１０００－６８９３．２０１３．０５４８．ｈｔｍｌ基金项目：国家“９７３”计划（２０１４ＣＢ０４６４０２）；国家自然科学基金（５１１７５０

7、１４）；国家“１１１”计划＊通讯作者．Ｔｅｌ．：０１０－８２３３８９３３Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｈａｏｐｉｎｇｗａｎｇ＠ｖｉｐ．ｓｉｎａ．ｃｏｍ引用格式：ＷａｎｇＳＰ．Ｐｒｏｇｎｏｓｔｉｃｓａｎｄｈｅａｌｔｈｍａｎａｇｅｍｅｎｔｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆａｉｒｃｒａｆｔａｉｒｂｒｏｎｅｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＡｃｔａＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｅｔＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａＳｉｎｉｃａ，２０１４，３５（６）：１４５９１４７２．－王少萍．大型飞机机载系统预测与健康管理关键技术［Ｊ］．航空学报，２０１４，３５（６）：１４５９１４７

8、２．－１４６０航空学报Ｊｕｎ．２５２０１４Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．６等方面的问题。为ＰＨＭ研制做出突出贡献的有确定部件的剩余寿命；利用多传感器信息融合技美国的ＮＡＳＡ、ＤＡＲＰＡ、ＮＡＶＹ等机构。２０世纪术诊断系统故障，并基于可用资源和使用需求对９０年代后期，计算机网络技术的飞速发展，先进的维修活动做出管理和决策。微传感器层出不穷，智能信息融合算法大量涌现，目前国外先进的飞机均采用了ＰＨＭ系