張宇

摘要：飛機(jī)健康管理系統(tǒng)（ AHM）是波音公司推出的數(shù)字化先進(jìn)飛機(jī)維護(hù)工具，具有故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控功能，能夠?yàn)榭蛻籼峁┤娴募夹g(shù)支持，幫助維修人員快速準(zhǔn)確地診斷故障。本文利用AHM對(duì)波音737NG飛機(jī)引氣系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷，能比傳統(tǒng)方法更加快速有效地獲得診斷結(jié)果。

關(guān)鍵詞：故障診斷;飛機(jī)健康管理系統(tǒng);引氣系統(tǒng)

0引言

波音737NG飛機(jī)引氣系統(tǒng)是非常重要的一個(gè)系統(tǒng)。當(dāng)飛機(jī)在空中時(shí)，它是座艙壓力的唯一供氣來源，一旦發(fā)生故障，就會(huì)影響飛機(jī)的客艙壓力控制，如果雙發(fā)引氣失效，將直接導(dǎo)致客艙失壓。引氣系統(tǒng)的故障通常比較復(fù)雜，首先，引氣系統(tǒng)的部件較多且相互之間關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，同樣故障表現(xiàn)的故障原因卻不盡相同，如引氣組件跳開，可能是超壓也可能是超溫，還有可能兩個(gè)原因都有，而溫度和壓力之間又有聯(lián)系，不易判斷;其次，引氣系統(tǒng)的部件受環(huán)境因素的影響較大，當(dāng)系統(tǒng)部件工作在臨界狀態(tài)時(shí)，可能由于組件本體受到污染而造成工作不穩(wěn)定，進(jìn)而造成系統(tǒng)故障，甚至還出現(xiàn)更換某一部件后故障現(xiàn)象消失，幾天后故障又再現(xiàn)的情況。維修人員為了徹底排除故障，可能同時(shí)更換很多部件.造成拆下來的隔離件無法區(qū)分是可用件還是故障件，增加了工作量，提高了維修成本。AHM的故障診斷系統(tǒng)的出現(xiàn)，為快速高效地排除波音737NG飛機(jī)引氣系統(tǒng)故障提供了新的途徑。

1AHM的故障診斷系統(tǒng)

飛機(jī)健康管理系統(tǒng)（AHM）是波音公司推出的數(shù)字化先進(jìn)飛機(jī)維護(hù)工具，是近年來出現(xiàn)的飛機(jī)維修新理念和新技術(shù)，具有故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控兩大功能，能夠?yàn)榫S修人員提供全面的技術(shù)支持，降低飛機(jī)的維修成本，提高飛機(jī)的維修質(zhì)量，同時(shí)為整個(gè)機(jī)隊(duì)的可靠性提供強(qiáng)有力的保證^[1]。目前波音公司AHM在全球61家航空公司用戶的2000多架飛機(jī)上獲得了應(yīng)用，其中超過75%的波音777、50%的波音747-400和所有的波音787機(jī)隊(duì)都采用了AHM工具。2014年8月4日，中國(guó)東方航空及其子公司上海航空和中國(guó)聯(lián)合航空引入AHM，將其應(yīng)用于東航機(jī)隊(duì)157架波音737NG上，并最終將覆蓋250架737NG飛機(jī)。

AHM利用機(jī)載電子設(shè)備和飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)采集記錄飛機(jī)的各種數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的轉(zhuǎn)化篩選，提取故障數(shù)據(jù)格式化，形成故障信息，再根據(jù)故障的嚴(yán)重程度發(fā)出相應(yīng)的警告，利用空地?cái)?shù)據(jù)鏈將其傳遞到地面監(jiān)控站，幫助維修人員進(jìn)行故障診斷;同時(shí)，針對(duì)影響飛機(jī)的故障信息，AHM系統(tǒng)會(huì)提供相關(guān)的維護(hù)文件鏈接，包括WDM、SSM、IPC、FIM、AMM、MEL以及波音文檔，幫助維修人員提前準(zhǔn)備相應(yīng)的工具、設(shè)備、航材，為飛機(jī)落地排故做相應(yīng)的部署。

AHM的故障診斷系統(tǒng)將專家系統(tǒng)故障診斷和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷兩種故障診斷方法的優(yōu)點(diǎn)融合在一起，既可以對(duì)已知的故障做到快速診斷，又可以實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、自我更新的功能。首先，該系統(tǒng)將收集到的故障數(shù)據(jù)送入專家系統(tǒng)進(jìn)行診斷，由于專家系統(tǒng)的知識(shí)規(guī)則庫里已經(jīng)存儲(chǔ)了大量的故障診斷實(shí)例，系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)與以往的范例相匹配的情況即可快速完成故障診斷，維修人員可以馬上查看過去的故障記錄，制定排故方案。當(dāng)專家系統(tǒng)未能找到相匹配的故障診斷實(shí)例，或者這個(gè)故障數(shù)據(jù)未存貯在故障庫時(shí)，AHM將啟動(dòng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷模式，將故障信息中的關(guān)鍵值與故障模式建立對(duì)映關(guān)系，將故障所對(duì)應(yīng)的可能原因、所采取的措施以及實(shí)施效果呈現(xiàn)出來，協(xié)助維修人員完成故障診斷。當(dāng)維修人員根據(jù)AHM提供的輸出信息成功完成故障診斷后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)利用自主學(xué)習(xí)能力，將這條信息更新到知識(shí)庫和樣本庫中，實(shí)現(xiàn)不斷自我完善的功能。

2案例介紹

下面以一則真實(shí)的737NG飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣故障為例，利用AHM進(jìn)行故障診斷。

B-5530飛機(jī)航后落地，維修人員在檢查飛機(jī)記錄本時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)組反映“飛機(jī)爬升時(shí)，右發(fā)引氣壓力低”。根據(jù)此故障描述，登錄AHM（見圖1），發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)將其判別為“Right Engine PreCoolerSystem Fault”（右發(fā)預(yù)冷器系統(tǒng)故障），并給出了M級(jí)的警告。

打開具體的故障報(bào)告，發(fā)現(xiàn)故障報(bào)告都有相應(yīng)的ACARS報(bào)文，報(bào)文中記錄的文字段都有特殊的含義。

AHM會(huì)提供文件對(duì)系統(tǒng)的項(xiàng)目含義加以說明，表l是對(duì)引氣系統(tǒng)各個(gè)名稱的注釋。針對(duì)B-55XX故障，AHM提供了相應(yīng)的ACARS報(bào)文，選取其中記錄了發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)相關(guān)活門空中工作狀態(tài)的部分，具體如表2所示。

表2記錄了B-55XX飛機(jī)在執(zhí)行從武漢到浦東的航班時(shí)空中發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)的狀態(tài)。GMT02：15 11（北京時(shí)間10：15 11）時(shí)，飛機(jī)駕駛艙的主警告燈亮。此時(shí)飛機(jī)的狀態(tài)參數(shù)為：飛行高度31099ft （9479m），大氣靜溫-28.8℃，總溫-2.0℃，左右發(fā)的引氣電門打開，APU引氣活門關(guān)閉，大翼防冰活門關(guān)閉，發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩防冰活門打開，左右空調(diào)組件打開在自動(dòng)位，左右發(fā)動(dòng)機(jī)的Nl轉(zhuǎn)速分別為87.91%和87.97%，左右發(fā)動(dòng)機(jī)的氣源管道壓力分別為40psi和24psi，左右發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)冷器出口溫度分別為436°F和472°F。

在故障報(bào)告里，AHM給出了相應(yīng)的手冊(cè)鏈接。點(diǎn)擊其中的“QUICK FIMTASK”，它給出了發(fā)動(dòng)機(jī)引氣壓力與Nl和飛行高度關(guān)系圖（見圖2）。

關(guān)系圖表的橫軸是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，橫軸向右表示加大油門;圖表的左側(cè)縱軸是管道壓力;圖表中的線條標(biāo)明了給定飛行高度，給定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)的引氣規(guī)律或管道壓力讀數(shù)。這份圖表給出了海平面和5000ft飛行高度的壓力讀數(shù)，圖上的編號(hào)顯示了該線條給定區(qū)段內(nèi)引氣系統(tǒng)所處的操作方式。

結(jié)合從ACARS報(bào)文中獲得的飛機(jī)狀態(tài)參數(shù)，可以判定飛機(jī)在高度31099ft、發(fā)動(dòng)機(jī)Nl轉(zhuǎn)速87%左右時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)的正常管道壓力應(yīng)該是42±8psi，而此時(shí)右發(fā)的引氣壓力只有24psi，明顯不在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi);對(duì)比后還可以發(fā)現(xiàn)，右發(fā)的預(yù)冷器出口溫度高于左發(fā)的溫度。

為了幫助維修人員快速排除故障，故障報(bào)告中AHM不僅給出了可能產(chǎn)生此故障的部件名稱和故障現(xiàn)象，而且對(duì)每個(gè)故障部件更換后的排故效果做了統(tǒng)計(jì)。表3列出了AHM針對(duì)B-55XX右發(fā)預(yù)冷器系統(tǒng)故障可能的原因和排故效果，表格的左側(cè)是可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障的組件名稱，右側(cè)是組件更換后的效果，CEA代表東航機(jī)隊(duì)，All代表所有裝有AHM的波音機(jī)隊(duì)，從表中看出，490。F超溫電門，東航機(jī)隊(duì)更換一次排除了故障，波音機(jī)隊(duì)一共更換過4次，故障排除率為100%;故障可能性最大的預(yù)冷器控制活門，東航機(jī)隊(duì)更換過4次，故障排除率為100%，波音機(jī)隊(duì)更換過29次，故障排除率為96%。維修人員據(jù)此更換了右發(fā)預(yù)冷器控制活門，并進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果系統(tǒng)恢復(fù)正常，故障排除。

同樣的故障，如果按照傳統(tǒng)的故障診斷流程，依據(jù)FIM手冊(cè)進(jìn)行排故，發(fā)現(xiàn)針對(duì)“右發(fā)引氣壓力低”故障，F(xiàn)IM手冊(cè)給出的故障隔離程序多達(dá)24頁，而且在故障隔離前需要進(jìn)行初始評(píng)估，也就是說要模擬出飛機(jī)的故障狀態(tài)，以便記錄飛機(jī)的狀態(tài)參數(shù)，縮小排故范圍。傳統(tǒng)排故方法就是進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)試車驗(yàn)證，通常試車要達(dá)到90%N1以上，以便模擬出整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)引氣系統(tǒng)工作的全行程，試車過程一般消耗航空煤油1～2噸，同時(shí)維修人員必須等到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻后才能開始換件工作，整個(gè)排故過程耗時(shí)非常長(zhǎng)。而采用AHM進(jìn)行故障診斷，整個(gè)過程僅僅耗時(shí)90min，而且不需要試車驗(yàn)證，大大提高了維修效率，減少了運(yùn)行成本。

3總結(jié)

作為一種新的飛機(jī)故障診斷、監(jiān)控技術(shù)，AHM不僅能夠?yàn)轱w機(jī)引氣系統(tǒng)的故障診斷提供幫助，還可以應(yīng)用于其他系統(tǒng)的故障診斷。AHM將飛機(jī)在空中的故障信息及時(shí)傳遞至地面，為客戶提供相關(guān)的排故資料，幫助進(jìn)行故障診斷，制定相應(yīng)的維修方案，極大地提高了飛機(jī)維修工作的效率和準(zhǔn)確性，為飛機(jī)后續(xù)航班計(jì)劃的調(diào)整提供了依據(jù)，保障了航班的安全、準(zhǔn)時(shí)、可靠。

參考文獻(xiàn)

[1] The Boeing Company. AHMReference Manual[Z]. 2014.

[2]張林.飛機(jī)健康管理（AHM）系統(tǒng)在航空運(yùn)行中的應(yīng)用和作用[J].科技傳播，2012， 3：158-159.

[3] The Boeing Company. ECSPneumatic System[2].2014.