■ 曾家祥 陳傳銳/成都航空有限公司

0 引言

國產(chǎn)ARJ21-700 支線客機于2016年6 月開始商業(yè)運行。成都航空有限公司是全球首家用戶，目前也是該機型的最大運營人。截至2022 年6 月，成都航空共有ARJ21 飛機24 架，已累計安全飛行94986h、53446 架次，機隊運行狀態(tài)逐步提升。成都航空在探索運行和示范運行的過程中，深入鉆研飛機系統(tǒng)原理，大膽嘗試和創(chuàng)新，既積極推進(jìn)ARJ21 型號的持續(xù)優(yōu)化，又充分夯實維修能力、分析能力，創(chuàng)新能力穩(wěn)步提升。在維修新技術(shù)手段的應(yīng)用上，依托現(xiàn)有的機載飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)（ACMS）和飛機通信尋址報告系統(tǒng)（ACARS）等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和監(jiān)控，可以對飛機的實時技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行有效控制，結(jié)合QAR 數(shù)據(jù)分析，對重大和疑難故障進(jìn)行診斷，對存在的故障隱患趨勢進(jìn)行預(yù)測，變恢復(fù)性維修為預(yù)測性維修，最終達(dá)到精準(zhǔn)維修的目的。

1 ARJ21 機型WQAR 系統(tǒng)簡介

1.1 設(shè)備介紹

A R J 2 1-7 0 0 機型裝備了一臺Teledyne 公司的無線快速存取記錄器（WQAR）計算機，該計算機也廣泛應(yīng)用于空客A320 系列及波音737 系列飛機。WQAR 具有記錄和下載功能，內(nèi)置儲存卡，可存儲飛機實時監(jiān)控管理組件（RTMU）傳輸來的飛機參數(shù)，并發(fā)送到外置CF 卡備份。當(dāng)飛機在地面滿足條件時，WQAR 會自動通過移動通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至指定服務(wù)器，當(dāng)無線傳輸功能不可用時，可人工取下CF 卡獲取數(shù)據(jù)。這些加密數(shù)據(jù)經(jīng)專用軟件譯碼方可使用。WQAR 數(shù)據(jù)傳輸如圖1 所示。

圖1 WQAR數(shù)據(jù)傳輸示意圖

1.2 工作邏輯

WQAR 的數(shù)據(jù)發(fā)送并不是實時進(jìn)行的，需要飛機在地面滿足相應(yīng)的條件后才能觸發(fā)，記錄和發(fā)送數(shù)據(jù)的邏輯受以下信號控制，進(jìn)而實現(xiàn)記錄和發(fā)送功能。

1）當(dāng)飛機在空中或者至少有一個發(fā)動機燃油切斷開關(guān)置于RUN 位時，WQAR 內(nèi)部鎖鎖定，RF 模塊斷電，開始記錄。

2）當(dāng)飛機在地面且兩個燃油切斷開關(guān)都置于OFF 位，內(nèi)部鎖解鎖，RF模塊通電，WQAR 訪問移動網(wǎng)絡(luò)將存儲的飛行數(shù)據(jù)發(fā)送到地面服務(wù)器。WQAR記錄和發(fā)送功能邏輯如圖2 所示。

圖2 WQAR記錄和發(fā)送功能邏輯圖

2 QAR 數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用

2.1 QAR 數(shù)據(jù)分析方法

地面工作人員獲得QAR 數(shù)據(jù)后，需使用專門軟件對加密的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼。

目前使用較多的譯碼軟件有Air-FASE、TDRS II 和AGS 等，使用方法見供應(yīng)商說明書。

2.2 QAR 數(shù)據(jù)在維修方面的用途

根據(jù)廠家提供的WQAR 信息，目前ARJ21 飛機QAR 數(shù)據(jù)采用1 秒/次的采樣率，記錄的主要系統(tǒng)可譯碼的連續(xù)、離散參數(shù)值共計873 項。

在飛機維修方面，WQAR 數(shù)據(jù)有以下作用：

1）飛機狀態(tài)分析。飛機在空中出現(xiàn)警告信息，受條件限制或系統(tǒng)邏輯等原因無法在地面復(fù)現(xiàn)時，可運用QAR參數(shù)譯碼，查看系統(tǒng)在空中時各系統(tǒng)參數(shù)情況，以確認(rèn)飛機狀態(tài)。

2）精準(zhǔn)排故。從飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)（ACMS）獲取觸發(fā)的故障信息，結(jié)合相應(yīng)系統(tǒng)的QAR 參數(shù)，分析并捕獲系統(tǒng)異常，進(jìn)行精準(zhǔn)排故。

3）參數(shù)監(jiān)控。運用譯碼軟件建立模型，連續(xù)監(jiān)控飛機某系統(tǒng)參數(shù)，如起落架剎車、飛控舵面、發(fā)動機滑油溫度、發(fā)動機振動值等參數(shù)，在系統(tǒng)出現(xiàn)不良趨勢、達(dá)到超限值之前，提前介入進(jìn)行維修工作，減少非計劃性停場時間。

3 應(yīng)用案例

3.1 QAR 數(shù)據(jù)協(xié)助判斷起落架實時狀態(tài)

2019 年某機在進(jìn)近過程中觸發(fā)紅色警告“LANDING GEAR”，持續(xù)1s 左右。飛機構(gòu)型：AP、AT 接通狀態(tài)，進(jìn)近中襟縫翼形態(tài)2，氣壓高度2600ft 放輪，進(jìn)入襟縫翼形態(tài)3。“LANDING GEAR”代表飛機在進(jìn)近著陸構(gòu)型下起落架未放下鎖定。該信息給后續(xù)運行帶來困擾，為判斷能否正常放行，根據(jù)當(dāng)時飛機的構(gòu)型狀態(tài)進(jìn)行分析。

一般地，同時滿足以下條件時觸發(fā)該警告。條件一：高度信號、襟翼位置、起落架位置。在兩部無線電高度都無效，且襟翼位置>23.5°（3 卡、4 卡）時，某一起落架未放下鎖好；條件二：發(fā)動機油門桿位置。雙發(fā)工作，兩個油門桿角度（TLA）<50°；或單發(fā)工作，工作側(cè)發(fā)動機TLA<68°，另一側(cè)發(fā)動機

TLA<27°。

如表1 所示，通過譯碼QAR 相關(guān)數(shù)據(jù)得知，在3：52：11 時，飛機氣壓高度為2880ft，機組操作起落架手柄到放下位，操作襟縫翼手柄從2 卡到3卡。在3：52：20 時，第4 列數(shù)據(jù)表明無線電高度無效（因無線電高度大于2600ft，會始終輸出2600ft，且系統(tǒng)判定為無效），第5 列數(shù)據(jù)表明此時飛機襟翼角度為23.8°，第11 列數(shù)據(jù)表明起落架未放下鎖定，由此滿足條件一；查看第9、10 列參數(shù)，雙發(fā)油門桿角度均小于50°，從而滿足條件二，符合著陸構(gòu)型警告邏輯的觸發(fā)條件，因此系統(tǒng)觸發(fā)“LANDING GEAR”警告；1s 后起落架放下并鎖定，警告消失。

表1 QAR起落架警告邏輯相關(guān)數(shù)據(jù)

對比飛機實際構(gòu)型與警告觸發(fā)邏輯可知，因飛機狀態(tài)滿足相關(guān)邏輯，隨之觸發(fā)“LANDING GEAR”紅色警告。譯碼分析可以得出結(jié)論：該警告信息并不是故障警告，而是滿足邏輯的狀態(tài)提示。后續(xù)起落架放下鎖定后警告消失，飛機正常落地，進(jìn)一步說明了飛機各系統(tǒng)工作正常，符合設(shè)計邏輯，無需排故，飛機可正常放行。

3.2 QAR 數(shù)據(jù)精確定位剎車故障

2021 年某機起飛后出現(xiàn)自動剎車故障警告，同時查看中央維護(hù)系統(tǒng)有“BRAKE CONTROL SYSTEM：LOB SPINDOWN FAIL”信息，該信息表示飛機在起飛離地收輪后，剎車控制組件（BCU）檢測到左1 號輪轉(zhuǎn)速未下降。查詢故障隔離手冊，可能的故障原因為：左1 號輪速度傳感器、BCU、左1 號輪剎車控制閥或左1 號輪剎車管路有異物，導(dǎo)致控制閥工作受影響。

自動剎車系統(tǒng)故障可能直接影響飛機最大起飛/著陸重量以及機組對落地跑道長度的評估，甚至可能導(dǎo)致飛機沖出跑道。根據(jù)系統(tǒng)原理，起落架收上時剎車系統(tǒng)會輸出一定壓力使機輪止轉(zhuǎn)，系統(tǒng)工作邏輯為：當(dāng)起落架手柄到達(dá)UP 位5s 后，四個主輪剎車輸出不超過1500psi 的壓力，5s 內(nèi)將機輪剎停；觸發(fā)警告邏輯為：剎車啟動4.5s 后若檢測到任一機輪速度大于20kts 且持續(xù)超過20ms，則觸發(fā)止轉(zhuǎn)剎車失效警告。

由于剎車系統(tǒng)復(fù)雜，涉及部件眾多，按手冊對部件一一隔離費時費力，因此利用QAR 譯碼分析剎車系統(tǒng)各參數(shù)情況。

如表2 所示，經(jīng)過QAR 譯碼得知，從7：08：35 開始，飛機2、3、4 號剎車逐步輸出壓力直到超過1000psi，在3s 內(nèi)將三個機輪轉(zhuǎn)速從大于13kts 到剎停；但1 號輪剎車壓力不足，導(dǎo)致1 號輪轉(zhuǎn)速下降慢，超過剎車系統(tǒng)允許限制值，進(jìn)而觸發(fā)警告。由此可知，主要故障原因是1 號輪剎車壓力不足，可以排除輪速傳感器、BCU 故障。后續(xù)檢查剎車油路無氣泡、無雜質(zhì)，更換該側(cè)剎車控制閥，該機未再出現(xiàn)自動剎車警告，表明故障已徹底排除。

表2 QAR剎車止轉(zhuǎn)警告相關(guān)數(shù)據(jù)

本次排故經(jīng)過QAR 數(shù)據(jù)分析，精確鎖定故障源頭，節(jié)約了人力和器材，減少了停場時間，排故精準(zhǔn)高效。

3.3 通過QAR 監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)以提前干預(yù)

發(fā)動機監(jiān)控一般通過ACMS 報文實現(xiàn)，該報文是發(fā)動機某一狀態(tài)的瞬間快照，ARJ21 飛機在起飛、巡航階段均會實時傳送發(fā)動機報文到地面；QAR 數(shù)據(jù)記錄的是發(fā)動機工作的全過程，數(shù)據(jù)更詳盡，連續(xù)性更強。

在飛機系統(tǒng)中，發(fā)動機系統(tǒng)的健康管理尤為重要，如發(fā)動機渦輪級間溫度（ITT）趨勢監(jiān)控、滑油溫度監(jiān)控、滑油量監(jiān)控、發(fā)動機N1/N2 振動值監(jiān)控等都需要通過譯碼軟件建立一個持續(xù)數(shù)據(jù)監(jiān)控模型，當(dāng)監(jiān)控的某一參數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的警戒值時會進(jìn)行相應(yīng)的提示或報警。

ARJ21 安 裝 了 兩 臺GE 公 司 的CF34-10A 渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，這是一款成熟型號發(fā)動機。2021 年，在利用QAR 譯碼進(jìn)行發(fā)動機參數(shù)監(jiān)控時，監(jiān)測到某臺發(fā)動機低壓轉(zhuǎn)子N1 振動值出現(xiàn)了階躍點，最大值達(dá)到3.1（單位：Aircraft Units），接近其限制值4。進(jìn)一步采集數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)最大振動值連續(xù)5 天呈上升趨勢，如圖3 所示。

圖3 左發(fā)低壓N1振動值監(jiān)控

綜合分析后執(zhí)行排故程序。首先根據(jù)手冊目視檢查發(fā)動機風(fēng)扇葉片，未發(fā)現(xiàn)損傷；隨后對該發(fā)動機風(fēng)扇葉片進(jìn)行清洗和潤滑；最后進(jìn)行大推力運轉(zhuǎn)振動測試，測試結(jié)果該發(fā)動機N1 振動值明顯好轉(zhuǎn)，最大值僅為1.1。飛機后續(xù)運行5 個航段，持續(xù)監(jiān)控QAR 數(shù)據(jù)，確認(rèn)振動值已恢復(fù)到正常范圍。

該案例利用QAR 數(shù)據(jù)監(jiān)控，預(yù)判發(fā)動機振動值的上升趨勢，提前采取措施，收到了良好效果。

4 結(jié)束語

隨著電子通信技術(shù)的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)分析手段的應(yīng)用，飛機維修管理也在不斷創(chuàng)新。從2018 年開始，成都航空運用開拓性的思維模式、創(chuàng)新的技術(shù)手段，結(jié)合QAR 數(shù)據(jù)分析，保持機隊處于良好的適航狀態(tài)，確保安全性，提升正點率。在24 架飛機的規(guī)?；\行過程中，新的技術(shù)手段使維修質(zhì)量更有保障，有效提升了ARJ21 機隊的機械派遣率和運行可靠性。

成都航空承擔(dān)國產(chǎn)民機探索運行、示范運行的重任。五年來，成都航空鉆研飛機原理，逐步摸清機型特點，翔實反饋運行及維修過程中的經(jīng)驗教訓(xùn)，為機型的優(yōu)化提出諸多合理建議，為國產(chǎn)民機事業(yè)做出積極貢獻(xiàn)。