靳國濤

(中國航空工業(yè)集團(tuán)有限公司 成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所， 成都 610073)

0 引 言

剎車系統(tǒng)是飛機(jī)著陸制動(dòng)的重要系統(tǒng)，主要用于在飛機(jī)著陸時(shí)快速降低滑跑速度，使飛機(jī)安全剎停在跑道上。剎車系統(tǒng)除了具有正常剎車、應(yīng)急剎車、差動(dòng)剎車、起飛線停機(jī)剎車、起落架收起時(shí)自動(dòng)剎車、牽引剎車、地面停放剎車等功能外，還有接地保護(hù)及故障檢測等輔助功能[1]。剎車系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)安全起飛和著陸起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)受飛機(jī)重量、跑道摩擦系數(shù)及使用環(huán)境(如高原)等各種因素的影響，剎車性能的好壞將直接影響飛機(jī)、機(jī)組人員及乘員的安全。

電液伺服閥作為剎車系統(tǒng)的重要執(zhí)行部件，直接影響著飛機(jī)的著陸安全。某型機(jī)著陸滑跑過程中，出現(xiàn)過多起由于電液伺服閥輸出異常剎車壓力導(dǎo)致飛機(jī)無法及時(shí)剎停而沖出跑道或主機(jī)輪拖胎爆破的事故，給用戶心理造成了較大壓力。目前，電液伺服閥多采用定時(shí)維修方式，容易導(dǎo)致維修不足或維修過剩，且僅針對(duì)電液伺服閥某一故障模式有效，預(yù)防性維修意義有限。

經(jīng)歷了50多年的發(fā)展，故障診斷技術(shù)涉及到越來越多的學(xué)科，包含信號(hào)處理、模式識(shí)別、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)工程等，應(yīng)用了多種新理論和算法[2]。目前故障診斷方法主要有基于信號(hào)處理的診斷方法、基于模型的診斷方法和基于知識(shí)的診斷方法。基于信號(hào)處理的診斷方法，主要是通過對(duì)故障設(shè)備工作狀態(tài)下的信號(hào)進(jìn)行診斷，當(dāng)超出一定的范圍即判斷為存在故障。王曉龍[3]利用變分模態(tài)分解等新穎的信號(hào)處理方法，從拾取的原始振動(dòng)信號(hào)中有效提取軸承狀態(tài)特征，實(shí)現(xiàn)了對(duì)滾動(dòng)軸承的早期故障診斷。該診斷方法只能根據(jù)診斷對(duì)象所表現(xiàn)出來的特定信號(hào)診斷特定類型的故障，無法對(duì)多故障同時(shí)發(fā)生和各種故障之間可能存在的相互聯(lián)系及影響加以分析?；谀Ｐ偷脑\斷方法，需建立診斷對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，然后根據(jù)模型獲得預(yù)測形態(tài)，通過與所測量形態(tài)對(duì)比產(chǎn)生殘差信號(hào)并進(jìn)行分析，診斷系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的故障，主要分為參數(shù)估計(jì)法、狀態(tài)估計(jì)法和等價(jià)空間法三種。近年來在飛機(jī)起落架、液壓、電源等系統(tǒng)上應(yīng)用廣泛[4-6]，T.Escobet等[7]通過該方法對(duì)PEM燃料電池系統(tǒng)進(jìn)行了故障診斷，并給出了診斷結(jié)果。但在面對(duì)具有強(qiáng)耦合、參數(shù)時(shí)變等嚴(yán)重非線性特征的復(fù)雜大系統(tǒng)時(shí)，由于通常無法獲取較為精準(zhǔn)的模型，使得該診斷方法的應(yīng)用存在一定局限性[8]。隨著人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于知識(shí)的智能故障診斷方法逐漸成為故障診斷研究的主流和發(fā)展方向，它不需要研究對(duì)象有精確的數(shù)學(xué)模型，主要包括基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷方法、基于粗糙集的診斷方法、遺傳算法、基于故障樹的診斷方法和基于專家系統(tǒng)的診斷方法等。其中專家系統(tǒng)是最引人注目、研究最多、應(yīng)用最廣泛的智能診斷方法，該方法依賴于豐富的專家知識(shí)庫和完備的推理庫。金吉[9]、劉平華[10]和Cao Junbin等[11]分別通過專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛機(jī)飛控系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)的智能故障診斷，并給出了維修改進(jìn)的合理化建議。

現(xiàn)階段飛機(jī)系統(tǒng)故障診斷多采用故障樹分析法，它依賴于各領(lǐng)域?qū)＜邑S富的專業(yè)知識(shí)和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。王雪飛等[12]、王立綱[13]運(yùn)用基于故障樹分析法的故障診斷系統(tǒng)完成了對(duì)現(xiàn)役飛機(jī)剎車系統(tǒng)的故障診斷；Zhao Ningning等[14]采用故障樹分析法對(duì)一個(gè)典型的飛機(jī)雷擊案例進(jìn)行了系統(tǒng)分析，提出了防止飛機(jī)雷擊的具體措施；H.Zerrouki等[15]則對(duì)比分析了故障樹分析法的局限性。基于故障樹分析法的故障診斷系統(tǒng)能夠直觀表達(dá)系統(tǒng)的故障模式，便于快速準(zhǔn)確地進(jìn)行故障診斷，但該方法要求具備完整的故障信息庫，這通常需要專家運(yùn)用工程知識(shí)并結(jié)合外場大量故障案例花費(fèi)較長時(shí)間來建立。對(duì)于剛交付使用的飛機(jī)，建立一套完整的故障信息庫是非常困難的，因此采用故障樹分析法有時(shí)難以給出滿意的診斷結(jié)果。另外，基于故障樹分析法的故障診斷系統(tǒng)側(cè)重于對(duì)已發(fā)生的故障進(jìn)行定位，對(duì)飛機(jī)系統(tǒng)隱藏的故障征兆通常無法檢測，存在一定的不足之處。由于剎車系統(tǒng)故障會(huì)嚴(yán)重影響飛行安全，飛行前對(duì)剎車系統(tǒng)故障率高的產(chǎn)品進(jìn)行故障征兆檢測、隔離和排除，可以將故障扼殺在萌芽狀態(tài)，遠(yuǎn)比出現(xiàn)故障后再進(jìn)行診斷更有意義，同時(shí)也能彌補(bǔ)現(xiàn)階段飛機(jī)故障診斷系統(tǒng)存在的不足。

基于此，本文針對(duì)某型飛機(jī)剎車系統(tǒng)電液伺服閥使用過程中故障頻發(fā)的問題，依據(jù)電液伺服閥大量工作數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)中回歸分析的一元線性回歸分析統(tǒng)計(jì)方法，建立電液伺服閥輸入量與輸出量之間的回歸關(guān)系函數(shù)表達(dá)式，確定模型參數(shù)并對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，然后根據(jù)建立的模型和故障征兆判據(jù)對(duì)電液伺服閥近期的工作數(shù)據(jù)進(jìn)行早期故障征兆診斷，以期在飛行前發(fā)現(xiàn)和排除電液伺服閥潛在的故障隱患，降低實(shí)際故障發(fā)生率，提高剎車系統(tǒng)的安全性和可靠性。

1 故障診斷技術(shù)概述

1.1 故障診斷技術(shù)的發(fā)展

故障診斷技術(shù)起源于20世紀(jì)60年代的美國，我國對(duì)故障診斷技術(shù)的研究是在20世紀(jì)80年代開始的，目前已在航空、航天及汽車等領(lǐng)域取得了不錯(cuò)的成績。故障診斷技術(shù)主要通過對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢測，達(dá)到對(duì)其故障進(jìn)行診斷的目的[16]?；仡櫣收显\斷技術(shù)的發(fā)展歷程，經(jīng)歷了由人的感官和專業(yè)經(jīng)驗(yàn)判斷到通過傳感器技術(shù)、動(dòng)態(tài)測試技術(shù)及信號(hào)分析技術(shù)判斷，再到利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)等手段進(jìn)行判斷的階段，故障診斷手段越來越智能化和自主化。

1.2 故障診斷的主要作用

故障診斷的作用是及時(shí)和提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的故障和安全隱患，降低設(shè)備故障率和維修保障費(fèi)用，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

在軍事領(lǐng)域，通過故障診斷可以減少飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)過程中由于故障而引起的風(fēng)險(xiǎn)，提高任務(wù)成功率，保障飛機(jī)飛行安全，還有助于優(yōu)化維修策略，減少設(shè)備維修次數(shù)，提升飛機(jī)完好率[17]；在民用領(lǐng)域，故障診斷主要用于減少設(shè)備事故率，降低維修費(fèi)用，提升經(jīng)濟(jì)效益。例如某汽車故障診斷系統(tǒng)可以把診斷過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)文件同時(shí)傳輸?shù)街付ǖ臄?shù)據(jù)庫，汽車生產(chǎn)商的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、售后等部門可以從數(shù)據(jù)庫上及時(shí)清楚地了解車輛故障率的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，以方便汽車生產(chǎn)商在生產(chǎn)過程中有針對(duì)性地改善生產(chǎn)環(huán)境，控制生產(chǎn)過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低產(chǎn)品故障率和維修費(fèi)用[18]。

2 飛機(jī)剎車系統(tǒng)簡介

2.1 剎車系統(tǒng)原理

飛機(jī)剎車系統(tǒng)一般由主剎車系統(tǒng)和備份剎車系統(tǒng)組成，主剎車系統(tǒng)使用液壓剎車，備份剎車系統(tǒng)使用冷氣剎車。當(dāng)主剎車系統(tǒng)由于故障不能滿足飛機(jī)剎車需求時(shí)，飛機(jī)會(huì)根據(jù)系統(tǒng)控制邏輯或飛行員指令切斷主剎車系統(tǒng)，同時(shí)啟用備份剎車系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行剎車，備份剎車系統(tǒng)一般不具備防滑功能，剎車過程中容易出現(xiàn)拖胎問題。飛機(jī)剎車系統(tǒng)原理簡圖如圖1所示。

圖1 飛機(jī)剎車系統(tǒng)原理簡圖

主剎車系統(tǒng)主要包括剎車控制器、電磁閥、電液伺服閥、機(jī)輪剎車裝置等。當(dāng)飛機(jī)需要?jiǎng)x車時(shí)，剎車控制器接收來自飛機(jī)管理計(jì)算機(jī)的剎車指令，控制打開電磁閥，使液壓油進(jìn)入到電液伺服閥中，剎車控制器根據(jù)輪速傳感器和壓力傳感器反饋的機(jī)輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和剎車壓力信號(hào)，并結(jié)合剎車指令，控制電液伺服閥輸出合適的剎車壓力至機(jī)輪剎車裝置進(jìn)行剎車。當(dāng)兩側(cè)機(jī)輪輪速相差較大時(shí)，剎車控制器會(huì)啟動(dòng)防滑功能，自動(dòng)減小輪速較低一側(cè)機(jī)輪的剎車壓力，防止機(jī)輪抱死。當(dāng)飛機(jī)需要解除剎車時(shí)，系統(tǒng)控制電磁閥關(guān)閉，切斷液壓進(jìn)油，同時(shí)控制剎車管路與回油管路接通，泄掉機(jī)輪剎車裝置內(nèi)的壓力。

2.2 電液伺服閥

電液伺服閥是飛機(jī)剎車系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它根據(jù)接收到的剎車控制器的控制指令(電壓信號(hào))，向機(jī)輪剎車裝置輸出相對(duì)應(yīng)的剎車壓力。某電液伺服閥結(jié)構(gòu)如圖2所示[19]，主要由殼體、力矩馬達(dá)、擋板、噴嘴、閥芯和彈簧組成。當(dāng)無剎車控制器電信號(hào)時(shí)，擋板處于中立位置，通過閥芯左右端的壓力相等，在彈簧力作用下，閥芯處于右極限位置，此時(shí)電液伺服閥輸出的剎車壓力與輸入壓力相等；當(dāng)需要減小剎車壓力時(shí)，剎車控制器輸出電信號(hào)至力矩馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)擋板偏轉(zhuǎn)，使右噴嘴阻力增大，閥芯右端壓力變大，使閥芯克服彈簧力向左運(yùn)動(dòng)，減少剎車管路供油量，達(dá)到降低剎車壓力的目的。

圖2 某電液伺服閥結(jié)構(gòu)圖

電液伺服閥雖然型號(hào)眾多，但工作原理基本相同，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常比較復(fù)雜，噴嘴與擋板、閥芯與襯筒配合間隙普遍較小，易受液壓油液污染影響，因而對(duì)液壓油液清潔度要求較高。 電液伺服閥工作中常見故障如表1所示，故障可能導(dǎo)致飛機(jī)出現(xiàn)偏航、剎車距離變長或主機(jī)輪拖胎爆破的事故，嚴(yán)重影響飛行安全。由于電液伺服閥結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障模式較多，且目前定期清洗的維修方式不能有效預(yù)防故障的發(fā)生，對(duì)飛機(jī)剎車系統(tǒng)電液伺服閥進(jìn)行早期故障征兆診斷顯得頗為重要和緊迫。

表1 電液伺服閥常見故障及影響

3 回歸分析法

回歸分析法作為統(tǒng)計(jì)學(xué)中一個(gè)重要的分支，是應(yīng)用極為廣泛的數(shù)據(jù)分析方法之一，它基于觀測數(shù)據(jù)建立兩種或兩種以上變量(自變量和因變量)之間相互依賴的定量關(guān)系，以分析數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律。按照自變量的多少，可分為一元回歸分析和多元回歸分析；按照自變量和因變量之間的關(guān)系類型，可分為線性回歸分析和非線性回歸分析。厲廣廣等[20]通過回歸分析法對(duì)隧道繼續(xù)開挖的二襯時(shí)機(jī)進(jìn)行了準(zhǔn)確的預(yù)測；Wang Yongpei等[21]通過建立回歸模型確立了非化石燃料發(fā)電份額增加量與減少電力相關(guān)的二氧化碳排放量之間的關(guān)系。本文借助一元線性回歸分析方法對(duì)隱藏在電液伺服閥工作數(shù)據(jù)中的故障征兆進(jìn)行檢測，一元線性回歸分析方法如下。

3.1 構(gòu)建模型

根據(jù)已有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，選擇合適的因變量和自變量，建立一元線性回歸模型：

y=β0+β1x+ε

(1)

式中：y為因變量；x為自變量；ε為隨機(jī)誤差項(xiàng)；β0為常數(shù)項(xiàng)；β1為回歸系數(shù)。

模型由非隨機(jī)部分β0+β1x和隨機(jī)部分ε組成。ε反映了除x和y線性關(guān)系之外的隨機(jī)因素對(duì)y的影響，它是無法由x和y線性關(guān)系解釋的非趨勢性隨機(jī)變量。

3.2 建立回歸方程

假定回歸模型中隨機(jī)誤差項(xiàng)ε是期望值為0(E(ε)=0)的隨機(jī)變量，服從正態(tài)分布，那么對(duì)于一個(gè)給定的x值，y的期望值為

E(y)=β0+β1x

(2)

(3)

(4)

3.3 回歸方程檢驗(yàn)

一元線性回歸方程檢驗(yàn)主要包括擬合優(yōu)度檢驗(yàn)和顯著性檢驗(yàn)。

擬合優(yōu)度是指回歸直線對(duì)觀察值的擬合程度。度量擬合優(yōu)度的統(tǒng)計(jì)量是可決系數(shù)R2，R2的值越接近1，說明回歸直線對(duì)觀測值的擬合程度越好，反之?dāng)M合程度越差?？蓻Q系數(shù)R2的計(jì)算公式為

(5)

(6)

原假設(shè)H0的拒絕域?yàn)?/p>

(7)

若拒絕H0，表示回歸方程中自變量與因變量的線性關(guān)系顯著，反之則二者不存在線性關(guān)系。

3.4 回歸方程式的預(yù)測

利用估計(jì)的一元線性回歸方程，對(duì)于自變量x的一個(gè)給定的值x0，可求出對(duì)應(yīng)的因變量y的一個(gè)個(gè)別值y0的估計(jì)區(qū)間，即預(yù)測區(qū)間。假定樣本容量為n，置信水平為1-α，則個(gè)別值y0的預(yù)測區(qū)間上下限為

上下限=

(8)

其中，

(9)

確定y0的預(yù)測區(qū)間后，即可結(jié)合工程知識(shí)對(duì)給定的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障征兆診斷。

4 電液伺服閥早期故障征兆診斷

電液伺服閥根據(jù)來自剎車控制器的剎車控制指令(電壓信號(hào))向機(jī)輪剎車裝置輸出相對(duì)應(yīng)的剎車壓力，剎車壓力是剎車系統(tǒng)最重要的工作指標(biāo)。因此，一旦電液伺服閥出現(xiàn)故障，會(huì)嚴(yán)重影響飛機(jī)的著陸安全。借助一元線性回歸分析法建立電液伺服閥輸入電壓與輸出剎車壓力兩個(gè)變量之間的關(guān)系，確定剎車壓力值的預(yù)測區(qū)間；根據(jù)預(yù)測區(qū)間和故障征兆判據(jù)對(duì)電液伺服閥每次的工作數(shù)據(jù)進(jìn)行故障征兆診斷，對(duì)發(fā)現(xiàn)的故障征兆及時(shí)排除，達(dá)到降低電液伺服閥故障率的目的。

4.1 樣本確定

從電液伺服閥在飛機(jī)滑跑階段的歷史工作數(shù)據(jù)庫中抽取54個(gè)數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 樣本數(shù)據(jù)

4.2 一元線性回歸分析

根據(jù)抽取的樣本數(shù)據(jù)繪制散點(diǎn)圖，如圖3所示，可以看出：電液伺服閥輸入的電壓值與輸出的剎車壓力值之間基本呈線性關(guān)系。

圖3 樣本散點(diǎn)圖

4.2.1 建立一元線性回歸方程

設(shè)電液伺服閥輸入電壓與輸出剎車壓力的一元線性回歸方程為

(10)

(11)

進(jìn)行擬合優(yōu)度檢查，計(jì)算得到

R2=0.956x

(12)

說明回歸直線對(duì)觀察值的擬合效果較好。

用F檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性檢查，設(shè)顯著水平α=0.05，即置信概率為95%，求得原假設(shè)H0的拒絕域：

即，

H0的拒絕域成立，拒絕H0，說明電液伺服閥輸入電壓與輸出剎車壓力之間的線性關(guān)系顯著。

4.2.2 一元線性回歸方程式的預(yù)測

設(shè)定置信水平為95%，根據(jù)計(jì)算得到的一元線性回歸方程，對(duì)于任一電壓值x0，可計(jì)算得到回歸方程y的個(gè)別值x0(剎車壓力值)在95%置信水平下的預(yù)測區(qū)間，如圖4所示，可以看出：樣本中電液伺服閥輸出的剎車壓力值多分布在5 MPa以下，說明滑跑階段飛機(jī)普遍使用較小的剎車壓力(多與飛機(jī)使用減速傘有關(guān))；4 MPa以下的剎車壓力值比較集中，說明電液伺服閥在低輸入電壓下的輸出比較穩(wěn)定，同時(shí)與回歸直線的擬合程度較高。

圖4 剎車壓力值y0的預(yù)測區(qū)間

4.3 故障征兆診斷

4.3.1 診斷流程

故障征兆隱藏在大量實(shí)際飛行數(shù)據(jù)中，需要經(jīng)過一定的獲取技術(shù)去挖掘、判斷，飛行數(shù)據(jù)是獲取故障征兆的重要信息源[23]?；谝辉€性回歸分析法的電液伺服閥早期故障征兆診斷流程如圖5所示，通過借助回歸分析法從飛行數(shù)據(jù)中挖掘電液伺服閥故障征兆并進(jìn)行診斷，達(dá)到消除電液伺服閥潛在故障隱患的目的。

圖5 電液伺服閥早期故障征兆診斷流程

故障征兆診斷包含故障征兆檢測和故障征兆隔離。故障征兆檢測的目的是判斷電液伺服閥是否存在故障征兆。首先在電液伺服閥歷史數(shù)據(jù)庫中抽取一定容量的樣本，建立輸入電壓值與輸出剎車壓力之間的回歸方程，并確定回歸方程中剎車壓力值的預(yù)測區(qū)間；然后結(jié)合預(yù)測區(qū)間與故障征兆判據(jù)對(duì)電液伺服閥近期的工作數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷。若判斷結(jié)果顯示無故障征兆，則將工作數(shù)據(jù)放入產(chǎn)品歷史數(shù)據(jù)庫中，并在更新樣本和適當(dāng)擴(kuò)大樣本容量后結(jié)束流程；若發(fā)現(xiàn)故障征兆，則通過剎車系統(tǒng)故障庫確定故障征兆內(nèi)容，并對(duì)故障征兆進(jìn)行隔離。

故障征兆隔離的目的是把發(fā)現(xiàn)的故障征兆定位到實(shí)施修理時(shí)可更換的產(chǎn)品層次。有些故障征兆機(jī)理比較復(fù)雜，隔離時(shí)可能涉及到其他系統(tǒng)或附件，需要依賴專家團(tuán)隊(duì)的現(xiàn)場或遠(yuǎn)程支持來完成故障征兆隔離，故障征兆隔離后，應(yīng)盡可能采用基層級(jí)維修方式實(shí)施修理。對(duì)于頻繁誘發(fā)故障征兆的產(chǎn)品元器件，應(yīng)進(jìn)行健康管理和剩余使用壽命預(yù)測研究，優(yōu)化維修策略，降低故障率。Hong Sheng等[24]通過建立不同退化階段的軸承模型，實(shí)現(xiàn)了不同狀態(tài)下軸承的健康趨勢分析和剩余使用壽命預(yù)測，對(duì)實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

4.3.2 診斷實(shí)例

(1) 故障征兆檢測

通過表2中的樣本數(shù)據(jù)確定電液伺服閥的電壓與剎車壓力之間的一元線性回歸方程及剎車壓力的預(yù)測區(qū)間(設(shè)定置信水平為95%)。故障征兆檢測時(shí)，近似認(rèn)定預(yù)測區(qū)間為電液伺服閥在任一確定輸入電壓值下輸出的剎車壓力應(yīng)正常分布的范圍，同時(shí)根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)該范圍進(jìn)行修正，修正后的預(yù)測區(qū)間可用于對(duì)剎車壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行故障征兆檢測。故障征兆判據(jù)用于對(duì)檢測結(jié)果進(jìn)行判斷，給出是否存在故障征兆的結(jié)論。

假定共有n個(gè)待診斷的剎車壓力數(shù)據(jù)，其中在預(yù)測區(qū)間上限外分布有a個(gè)，在預(yù)測區(qū)間下限外分布有b個(gè)。設(shè)定故障征兆判據(jù)為：

若(a+b)/n>15% ，認(rèn)為電液伺服閥存在故障征兆。其中：

①若a/(a+b)>80%，對(duì)應(yīng)故障征兆為“剎車壓力偏大”；

②若b/(a+b)>80%，對(duì)應(yīng)故障征兆為“剎車壓力偏小”；

③不滿足上述兩個(gè)條件時(shí)，對(duì)應(yīng)故障征兆為“剎車壓力波動(dòng)大”。

取一組曾導(dǎo)致飛機(jī)主機(jī)輪拖胎爆破的某電液伺服閥故障前的有效工作數(shù)據(jù)放入預(yù)測區(qū)間圖表中，進(jìn)行故障征兆檢測，如圖6所示。

圖6 電液伺服閥故障征兆檢測圖

從圖6可以看出：電液伺服閥輸出的剎車壓力值共有30個(gè)，絕大部分位于4～7 MPa范圍內(nèi)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，飛機(jī)此次使用的剎車壓力較平常偏大；30個(gè)剎車壓力值中有10個(gè)剎車壓力值分布在修正后的預(yù)測區(qū)間外部，占比為33.3%，依照故障征兆判據(jù)判斷電液伺服閥存在故障征兆；預(yù)測區(qū)間外的10個(gè)剎車壓力值中，預(yù)測區(qū)間上限外和下限外的占比分別為90%和10%，可以確定故障征兆為“剎車壓力偏大”。電液伺服閥存在輸出比控制指令偏大剎車壓力的故障隱患，尤其在飛機(jī)使用大壓力剎車時(shí)，電液伺服閥輸出過高的剎車壓力可能導(dǎo)致飛機(jī)在著陸過程中出現(xiàn)拖胎爆破和偏離跑道的事故。事實(shí)上，該電液伺服閥隨后便導(dǎo)致飛機(jī)在著陸滑跑過程中出現(xiàn)了一起單側(cè)主機(jī)輪短時(shí)拖胎爆破的事故，表明采用回歸分析法對(duì)電液伺服閥的故障征兆檢測是準(zhǔn)確的，故障征兆判據(jù)是合理的。

(2) 故障征兆隔離

為了防止電液伺服閥在后續(xù)使用中出現(xiàn)“剎車壓力偏大”的故障，對(duì)檢測到的故障征兆進(jìn)行隔離是非常必要的。根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)判斷，引起電液伺服閥出現(xiàn)“剎車壓力偏大”故障征兆的原因可能是線纜屏蔽破損，受外界干擾導(dǎo)致傳輸異常、剎車壓力信號(hào)器故障和電液伺服閥故障。根據(jù)故障原因，建立故障征兆隔離流程如圖7所示。

圖7 “剎車壓力偏大”故障征兆隔離流程

通過一系列檢查，排除了線纜和剎車壓力信號(hào)器故障的可能性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)電液伺服閥內(nèi)部存在污染物。污染物多來自于液壓系統(tǒng)內(nèi)部附件運(yùn)動(dòng)、摩擦產(chǎn)生的金屬屑和拆卸附件時(shí)外部侵入的異物，是液壓剎車伺服系統(tǒng)控制失靈和引起故障的主要原因[25]。因此將故障征兆隔離到電液伺服閥上，采取處理措施后，電液伺服閥故障征兆診斷流程結(jié)束。

5 結(jié) 論

(1) 通過回歸分析法建立的電液伺服閥輸出剎車壓力值的預(yù)測區(qū)間經(jīng)工程修正后，可以有效地檢測出電液伺服閥工作數(shù)據(jù)中隱藏的故障征兆。

(2) 故障征兆的檢測、隔離和排除，可以有效降低電液伺服閥的故障發(fā)生率，提高飛機(jī)剎車系統(tǒng)的可靠性。

(3) 基于回歸分析的故障診斷方法側(cè)重于從產(chǎn)品工作數(shù)據(jù)中檢測潛在的故障隱患，做到了故障的提前發(fā)現(xiàn)和排除，彌補(bǔ)了現(xiàn)階段飛機(jī)故障診斷系統(tǒng)的不足，該方法還可用于壓力傳感器、油位傳感器、燃油泵等機(jī)載設(shè)備的故障征兆診斷，具有一定的應(yīng)用前景。