对飞机航电系统故障分析方法与故障诊断技术的探讨

佟永刚

（西部机场集团西安地勤有限公司，陕西 西安 710000）

引言：据中国产业信息网发布的统计结果显示，2018年我国民航起降架次增速为10.5%，同比时刻表计划航班数增加近3个百分点的敞口，时刻执行率得到显著提升。然而民航产业的高速发展使其航电系统故障问题的影响辐射面日益扩大，如何有效运用故障分析与故障诊断技术成为当前行业领域亟待解决的问题。

一、飞机航电系统故障分析方法

（一）故障类型

以Cessnal172飞机为例，飞机航电系统故障主要表现为以下三种类型：其一是导航/通信系统故障，在飞机导航/通信系统内含有大量组件，其中GIA63内便集成了甚高频导航仪、GPS接收机等，常见故障为COM信号收发质量差、GPS无法接收到卫星信号、NAV收发故障等；其二是飞行仪表显示系统故障，常见故障表现为发动机振动引发GRS777断线、模块间数据通道失效、电子产品信号干扰等；其三是发动机系统故障导致参数显示失效，常见故障表现为内部组件间数据通道失效等[1]。

（二）故障分析方法

1.故障树诊断法

该方法依照由上至下的顺序构建零件、部件、子系统等故障对于整体系统的影响模型，涵盖人为因素与环境因素两种条件。采用故障树分析法可实现对航电系统故障的定性与定量分析，既可以分析某一构件引发的系统故障，同时还可以分析多个构件在不同模式下引发的系统故障问题。

2.基于案例推理的分析方法

该方法主要以一个或几个已知前提作为判断依据，借助逻辑证明、数学运算等方式从中推导出一般性概念、原则或未知结论。

3.总线数据流捕获分析法

该方法借助总线检测设备从某个端口处接收到总线数据，并将捕获到的数据存储至设备中的数据记录模块内，借助人为操作进行进口控制文件比对，进而完成故障解析。

4.专家系统故障诊断分析方法

该方法主要将诊断知识与程序算法相结合，经由人机界面发起人机会话，依据系统提问由诊断者给出回答，并依据答案推理得出诊断结论。其中基于规则的专家系统结构主要由知识库、推理机、工作存储器三要素组成，系统借助IF-THEN语句表达问题，推理机与知识库执行分离控制，易于向知识库内添加规则及使用变量，使系统整体功能与效率得到优化。

二、飞机航电系统的具体故障诊断技术探讨

（一）故障诊断系统的设计

采用CLIPS、AndroidSDK、JAVA软件进行系统开发，选用SQLite数据库进行航电系统的故障数据存储。该故障诊断系统主要由知识库、推理机、工作记忆、解释机、知识获取机、用户界面几部分组成，其中知识库、推理机与人机界面是构成故障诊断系统的主要元素。在进行知识库设计时，首先采用规则或框架进行知识表示，随后完成知识库创建，通过建立故障树、将故障树转化为BDD、求出最小割集、基于规则进行知识表示、CIIPS编程等方式完成知识库建立。在进行推理机设计时，主要采用基于RETE算法的推理机制，将匹配状态分别存储至Alpha、Beta两个节点中，节省重复计算时长，针对含有相同匹配条件的规则执行共享一个节点的方式，为导入的每一个fact建立WME，并从RETE根节点处进行匹配。在人机界面设计方面，主要借助CLIPSJNI将知识库与JAVA相连，借助相应Android控件显示系统输入信息，实现故障诊断。

（二）分布式系统性能监测技术

采用综合航电系统PHM技术进行系统监测，主要通过在航电系统、子系统等不同层级上针对其特征参数开展分布式性能监测，获取到被测设备的工作电流、工作温度、温度应力等监测参数，进而分析工作电流出现显著变化的设备或电子元件，有效定位故障点。

（三）剩余能力评估技术

针对设备剩余能力进行评估，主要包含HMM计算法与贝叶斯网络计算法两种技术。依照故障诊断、故障隔离、系统重构的顺序针对被测设备的现有工作模式、工作状态进行评估与预测，衡量设备的正常工作能力。具体来说，设备剩余能力可以利用以下两种方式进行评估：其一是设备功能性参数的变化，例如当雷达设备发生故障后，评估其对于待测目标探测距离的缩短量；其二是设备完成功能的概率，以此评定不同设备的健康度等级。总体看来，剩余能力评估技术主要以设备在正常工作状态下的能力为基准，通过收集设备性能状态参数的实时变化情况，借助评估算法模型计算出设备相较于正常工作状态下的偏离程度，进而得出设备剩余能力，用以评判设备故障的严重程度。

（四）故障预测技术

通常航电系统内包含大量元器件，不同元器件的故障模式、失效时长存在明显差异，一定程度上增加了故障诊断难度。对此可采用以下三种方法进行故障诊断：其一是累积损伤预测技术，基于元器件失效的物理/数学模型及失效机理进行产品性能、工作载荷、运行环境等因素的分析；其二是故障征兆检测技术，主要用于检测故障元器件或设备工作电流、温度、匹配阻抗等参数或特征物理量存在的变化；其三是故障预警监测技术，通过将预警芯片装入待测设备内进行故障预测，预警芯片工作电路的故障模式与被监测设备相同，失效率要高于被监测设备[2]。

结论：总而言之，飞机航电系统的故障分析与诊断涉及到设计方、使用方与维修单位等多个主体间的密切配合，依托故障数据库的建设实现故障排查定位的有效落实，敦促检修人员不断提高自身故障诊断水平与工作经验，在实践总结中提升故障诊断效率，为航空事业发展提供有力支持。