民用飞机系统的故障预测与健康管理系统设计

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1、民用飞机系统的故障预测与健康管理系统设计木DesignofPrognosticandHealthManagementSystemforCivilAircraftSystem一王立纲／中／Zt民航飞行学院航空工程学院摘要：简要阐述了故障预测与健康管理(PHM)的内涵以及主要功能．提出了关于民用飞机系统的PHM系统的主要功能模块．包括数据分析、故障诊断、健康评估、寿命预测和维修决策等，以此设计了系统结构模块，并对其进行了详细介绍，最后提出了飞机系统PHM系统的设计与实现时的核心技术以及注意事项。关键词：飞机系统；故障预测与健康管理：故障诊断

2、；数据采集：系统设计Keywords：aircraftsystemprognosticsandhealthmanagement(PHM)faultdiagnosisdatacollectionsystemdesign0引言整体可靠性差，严重影响了飞机的整体测、部件寿命跟踪、性能降级趋势跟基于民用飞机系统可靠性、安全性能。因此，作为构建飞机系统预测与踪、保证期跟踪、故障选择性报告、辅性、经济性的考虑，以预测技术为核心健康管理系统的基础工作，开展状态检助决策和资源管理、容错、信息融合和的故障预测和健康管理(PHM)策略测、故障诊断、预测、健

3、康管理与维护推理机以及信息管理。得到越来越多的重视和应用，成为新一等功能为一体的研究非常重要。代飞机设计和使用中的一个重要组成部本文以飞机系统为对象，结合各自2系统的主要功能、结构设计分，是民用航空飞机故障诊断体系的主结构特点，提出一种开放的多层管理的2．1系统主要功能要发展方向。当前，PHM技术的发展PHM的系统结构模型。利用该结构设计本文认为系统主要完成以下3个功体现在以系统级集成应用为牵引，提高的PHM系统可提高飞机的架次出动率，能。故障诊断与预测精度以及扩展健康监控减少地面维护和修理的停机时问，节约1)飞机在整个飞行过程的完整性

4、的应用对象范围，支持基于状态的维修维修费用。监控管理，对飞机系统进行的包括起(CBM)与自主式保障(AL)等方面j。飞、飞行、着陆的全过程的安全监控与目前，飞机状态管理(AHM)系统1PHM的内涵及主要功能故障预警。在国外航空公司的飞机上已得到了大量PHM是利用各种先进的传感器采集2)飞机的飞行过程监控管理，通的应用，飞行安全和航班运营效率都有的状态数据，并借助各种算法(~l：lGabor过连续跟踪记录飞机飞行过程中的遥测所提高。国内对于PHM技术的研究与变换、快速傅里叶变换)进行数据挖掘、数据及设备的运行、检测及维修数据，应用目前尚处

5、于起步阶段，尽管飞机系数据转换、特征提取，获取系统的健康对飞机的关键系统进行性能衰退趋势分统在监控、故障诊断方面的研究取得了状态特征，以实现对系统健康状态的监析和寿命累计，以进行潜在故障诊断和一定成果，但由于当前状态监测、故障控、预测和管理。剩余寿命预测，并提出维修建议。诊断与管理维护有所分离，信息回馈速PHM完成的主要功能有故障检测、3)对飞机系统的运行信息、故障检度慢，资源共享性、维护性、扩展性和故障隔离、故障预测、剩余使用寿命预测信息、维修过程、维修人员及维修资源的调配等信息进行综合l生管理。}中国民航飞行学院青年科技基金项目(X

6、20j0-07)根据上述功能要求可将该系统功能7只l舰空维俺与工程

7、珂匝圜。VlAVIA7"IONMAINTENANCE占ENGINEERING②传感器验证子模块，验证传感器是否可用，如传感器有故障则启用冗余传感器更换或维修。③状态预测子模块，对数据存储器中的历史资料及当前获取的数据，在某段时间内的状态预测，并送入故障检测子模块以预测状态是否异常。④故障检测子模块，接收传感器验证、数据处理及状态预测的输出数据，图1系统功能模块图并与阈值库中的数据比较，判定状态是细分为5个方面，如图l所示。在维修计划中，需要制定具体的预防或紧否异常。如发

8、生异常，将其送入故障诊1)数据分析功能。主要针对飞机在急维修计划，并激发维修任务调度功能。断预测模块进行处理。飞行过程中，对飞行资料进行实时监测，此外，还需要合理调度各类维修资源，如2)故障诊断预测模块嘲也可以在地面进行定期检测信息。维修人员、备品备件、维修资金、维修工该模块如图4所示，由故障诊断和趋2)故障诊断功能。飞机系统故障诊具及维修时间等。势预测组成，接收异常状态数据，通过诊断采用多种分析方法将采集的数据进行分2．2系统的结构设计断计算、分析推理、识别和解释等工序判析处理，查出故障点。该系统(如图2所示)采用的是分断异常状态的故

9、障模式、部位和原因等。3)健康评估功能。该功能利用在层智能推理机构，在多个层次上采用多3)分析决策模块线监测系统或脱机检测系统获得的飞机种类型的推理机，并利用更多判据查该模块由综合分析、决策及输出等飞行状态