吳 超 李 雅 張聯(lián)禾

（中國飛行試驗研究院，陜西 西安710089）

1 國外狀態(tài)維修的發(fā)展趨勢

“基于狀態(tài)的維修”是美軍20世紀末提出并于21世紀初開始大力推行的一種維修思想，國際上對狀態(tài)維修（Condition Based Maintenance，CBM）的定義是：通過測量裝備的工作狀態(tài)，構(gòu)建一套裝備的維修策略，以預(yù)計裝備在未來工作是否正常。狀態(tài)維修的目的是將以信息技術(shù)為代表的各種高新技術(shù)應(yīng)用到維修的全過程，從而提高維修工作的效率與效益，實現(xiàn)維修方式的全面變革。近年來，狀態(tài)維修（CBM）是美國國防部近年來全面推行的維修策略，并加以擴展稱為CBM＋，在CBM的目標、環(huán)節(jié)、工作過程等方面美軍進行了系統(tǒng)的研究工作，并且在F－35、F－22等飛機上開展了“增強型基于狀態(tài)的維修”試點工作，同時，美軍各軍種都提出了狀態(tài)維修技術(shù)若干倡議，開展了若干項目，并取得了重大進展。美軍新一代戰(zhàn)斗機F－22的機載維修系統(tǒng)具備了狀態(tài)監(jiān)控、預(yù)兆、故障診斷與隔離、故障恢復(fù)、故障評估與報告等功能，可在飛行過程中精確定位故障，科學(xué)評估故障對當(dāng)前飛行任務(wù)的影響，并能通過改變路徑、降低功能等方式減少故障的影響。同時，該系統(tǒng)還能將評估結(jié)果傳送給地面的自動化維修保障系統(tǒng)，并通過聯(lián)合分布式信息系統(tǒng)傳輸給工業(yè)部門、裝備管理機構(gòu)和維修中心，由后者共同協(xié)商并做出維修決策，進而在故障發(fā)生之前排除故障。

隨著裝備日趨復(fù)雜，信息化程度不斷提高，維修工作重點已由傳統(tǒng)以機械修復(fù)為主逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閺男畔ⅲㄑb備狀態(tài)監(jiān)控信息，故障檢測、隔離和預(yù)測信息，維修資源信息等）的獲取、處理和傳輸并做出維修決策為主。從CBM在美軍裝備維修中的應(yīng)用情況看，CBM大大提高了裝備的戰(zhàn)備完好性，顯著降低了維修費用，是實現(xiàn)武器裝備精確維修的重要途徑。

2 航空發(fā)動機狀態(tài)維修介紹

任何裝備發(fā)生故障前均有征兆，對航空發(fā)動機而言，如發(fā)動機啟動聲音異常、滑油金屬屑異常變化、軸承振動值偏離正常區(qū)間等。航空發(fā)動機由正常到發(fā)生故障的時間區(qū)間內(nèi)，其狀態(tài)信號有一個發(fā)展變化的過程，這種潛在的過程如圖1所示。

圖1 發(fā)動機故障過程狀態(tài)變化示意圖

航空發(fā)動機基于狀態(tài)的維修工作流程如圖2所示。狀態(tài)監(jiān)測階段主要對發(fā)動機部件的狀態(tài)信號進行采集、處理和特征量提取與處理，并判斷特征值是否超出門檻值，若未超出，則繼續(xù)進行信號采集，若超出則直接進入下一階段；故障診斷與預(yù)測階段主要判斷故障類型，若為潛在故障，則預(yù)測剩余可用壽命，否則即為功能故障；維修決策階段，根據(jù)狀態(tài)信息和壽命預(yù)測確定是否進行維修，何時進行維修，進行什么樣的維修。最后，制定維修計劃并實施維修活動。

圖2 狀態(tài)維修流程圖

3 航空發(fā)動機狀態(tài)維修平臺

目前，航空發(fā)動機試飛期間普遍依據(jù)預(yù)防性維修工作項目，在飛行前、飛行后、定檢等工作項目中實施維修工作，進行日常維護保障。發(fā)動機如果試飛或地面試車過程中出現(xiàn)故障，保障人員依據(jù)技術(shù)資料、維修經(jīng)驗等進行系統(tǒng)或部件的修復(fù)，或直接更換故障部件進行相應(yīng)的修復(fù)性維修工作，發(fā)動機一旦出現(xiàn)較大故障，故障無法定位、難以修復(fù)則會延誤飛行計劃，影響型號飛機、發(fā)動機的定型鑒定工作，從而會增加型號的研制周期。因此，航空發(fā)動機試飛階段迫切需要建立狀態(tài)維修平臺，CBM系統(tǒng)平臺主要包括：發(fā)動機狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測、飛行后數(shù)據(jù)處理工作站、地面維修工作站、CBM數(shù)據(jù)庫、工程分析技術(shù)中心5個部分。航空發(fā)動機CBM系統(tǒng)平臺如圖3所示。

圖3 航空發(fā)動機CBM系統(tǒng)平臺

型號定型／鑒定試飛階段，建立航空發(fā)動機狀態(tài)維修系統(tǒng)平臺，主要進行發(fā)動機狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理與分析、維修決策活動等工作。

（1）數(shù)據(jù)監(jiān)測與采集。CBM系統(tǒng)平臺主要數(shù)據(jù)來源包括：飛參數(shù)據(jù)，發(fā)參數(shù)據(jù)，飛行中遙測與監(jiān)控數(shù)據(jù)，發(fā)動機運行中EICAS數(shù)據(jù)，發(fā)動機地面試車、定檢數(shù)據(jù)，飛行后滑油油液檢查信息，啟動聲音信息，振動信息等。試飛期間發(fā)動機主要監(jiān)測油門桿角度、發(fā)動機高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、發(fā)動機排氣溫度、發(fā)動機進口溫度、燃燒室出口溫度、發(fā)動機機匣振動、發(fā)動機滑油壓差、加力信號、渦輪冷卻系統(tǒng)接通信號、防冰信號、起動信號、訓(xùn)練與狀態(tài)信號，同時監(jiān)測發(fā)動機的重要故障信號，如發(fā)動機振動故障、燃油滑油系統(tǒng)故障、調(diào)節(jié)器故障、停車、發(fā)動機火警、高低壓壓氣機導(dǎo)向葉片調(diào)節(jié)故障等。

（2）數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸?shù)那腊↖ETM（交互式電子技術(shù)手冊）、PMA（便攜式維修輔助裝置）、ATE（自動檢測設(shè)備），與機上接口進行數(shù)據(jù)傳輸，同時可利用商業(yè)衛(wèi)星、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，GDAS、ADAS、TDAS遙測數(shù)據(jù)，遙測車監(jiān)控，無線電臺等。

（3）數(shù)據(jù)處理與分析。數(shù)據(jù)提供給CBM數(shù)據(jù)庫，供試驗與鑒定單位、設(shè)計單位、制造單位的工程技術(shù)人員進行分析和處理。同時，數(shù)據(jù)提供給保障資源管理中心、地面維修工作站等，以方便不同的部門預(yù)先進行維修與保障資源規(guī)劃。接收數(shù)據(jù)的有關(guān)部門進行數(shù)據(jù)分析，主要包括疑難故障問題的技術(shù)分析、備件保障分析、維修保障人員人力分析、維修方案分析以及其他方面的分析等。

（4）維修決策活動。主要包括：維修方案制定、模擬維修訓(xùn)練、保障資源預(yù)先準備、針對零部件缺陷的設(shè)計更改、備件儲存與供應(yīng)等。

4 結(jié)語

國內(nèi)目前主要從事狀態(tài)維修相關(guān)的理論研究，在后續(xù)型號研制中提出了基于PHM的自主保障系統(tǒng)，為航空發(fā)動機狀態(tài)維修的工程應(yīng)用提供了技術(shù)條件，從我國航空裝備的發(fā)展來看，實施狀態(tài)維修是裝備維修技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。航空發(fā)動機作為飛機的心臟，其可靠性水平較高。開展航空發(fā)動機狀態(tài)維修技術(shù)研究，一方面可以為型號發(fā)動機外場維護工作提供一定的技術(shù)支持，從而大大縮短發(fā)動機外場維護的工作量；另一方面根據(jù)發(fā)動機外場實際的故障發(fā)生規(guī)律，可以形成相應(yīng)的發(fā)動機維修策略，為型號交付部隊后發(fā)動機的外場維護提供一定的參考。同時，航空發(fā)動機狀態(tài)維修相關(guān)技術(shù)可以應(yīng)用于飛機整機及其他系統(tǒng)，從而極大地提高飛機整機的戰(zhàn)備完好性。

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