飛機燃油系統(tǒng)故障診斷研究

姜偉華

摘 要：隨著航空技術(shù)的發(fā)展以及人們對安全飛行的重視，飛機燃油系統(tǒng)的可靠性要求越來越高，先進的故障檢測與診斷技術(shù)成為保證飛機燃油系統(tǒng)可靠性的有效手段。本文通過總結(jié)飛機燃油系統(tǒng)常見的典型故障，提出幾種有效地故障診斷技術(shù)，結(jié)合燃油系統(tǒng)對技術(shù)進行詳細分析。

關(guān)鍵詞：燃油系統(tǒng)；故障診斷；專家系統(tǒng)；小波分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.049

1 引言

飛機燃油系統(tǒng)在能否達到適航取證條件，保證安全飛行，發(fā)揮好飛機本身的性能方面扮演著重要角色。隨著科技的發(fā)展，飛機燃油系統(tǒng)變得日趨復(fù)雜，致使人們對它工作的可靠性也有了更加嚴格的要求，故障檢測與診斷技術(shù)實現(xiàn)燃油系統(tǒng)可靠性的必要手段。

飛機燃油系統(tǒng)概括來講主要具有儲存燃油、調(diào)節(jié)重心、可靠供油以及冷卻介質(zhì)的功能。除了燃油箱外還包括以下分系統(tǒng)：供油系統(tǒng)、加油/抽油系統(tǒng)、燃油箱通氣系統(tǒng)、測量及指示系統(tǒng)和空中應(yīng)急放油系統(tǒng)[1]。

2 飛機燃油系統(tǒng)常見故障

燃油系統(tǒng)的常見故障可分成兩種不同的形式：一種是系統(tǒng)級故障，另一種形式是元件級故障[2]。

2.1 系統(tǒng)級故障

系統(tǒng)級故障主要是發(fā)生于油箱及加油、輸油管路中的故障形式。

（1）燃油泄漏。燃油箱的主要故障形式是燃油泄漏故障，滲漏一般有四個等級劃分，即：微漏，滲漏，嚴重滲漏及連續(xù)滴漏。在行系統(tǒng)中，我國普遍采用測量其滲漏直徑的英寸數(shù)（簡稱in）來劃分滲漏等級。

（2）機翼油箱或副油箱慢輸油、不輸油或異常進油故障。除了燃油的泄漏，機翼油箱及副油箱的輸油正常與否也是極其重要，比如在飛行中的不輸油或者慢輸油，在地面加油時出現(xiàn)的進油異常的故障，都對飛機的性能影響巨大。

（3）燃油管磨穿故障。燃油管路因長時間使用而產(chǎn)生的磨損故障。燃油管上有很多固定卡子支架，為的是對管路進行固定防止松動，在進行這項措施的時候也為故障埋下了隱患，即：燃油管固定卡子支架轉(zhuǎn)角處斷裂使得燃油管磨穿，造成故障。

（4）增壓空氣系統(tǒng)漏氣。造成漏氣的主要原因有：試驗用的螺帽堵塞、沒有切實擰緊堵好；沖壓活門不密封；副油箱沖壓活門上的夾布膠管老化或固定卡箍松動；系統(tǒng)內(nèi)的導(dǎo)管接頭松動，導(dǎo)管和喇叭口處有砂眼、裂紋等；副油箱增壓安全活門不密封；機身油箱沖壓管的對接處密封膠圈損壞。

2.2 元件級故障

元件級故障主要是一些由于操作性機件發(fā)生的機械故障。

（1）交流泵、直流泵。故障形式主要有電壓高、油泵反轉(zhuǎn)、油泵油盡、油泵轉(zhuǎn)子脫落。

（2）油位傳感器。故障形式主要有開路故障、短路故障、沖擊故障、漂移故障、偏置故障。

（3）壓力加油控制活門。故障形式主要是無法打開或無法關(guān)閉。

3 飛機燃油系統(tǒng)故障診斷方法

燃油系統(tǒng)故障診斷是鑒別飛機燃油設(shè)備狀態(tài)是否正常，進行故障定位與故障隔離的主要手段。不同的機型適合不同的診斷方法，不同的診斷方法適用對象及條件都會有所不同，下面將對幾種故障診斷方法做出研究。

3.1 專家系統(tǒng)診斷法

專家系統(tǒng)是一種智能的計算機程序，并使用知識和推理過程，求解需要運用專家知識才能得出的一些高難度問題，其工作載體是計算機。此方法可以通過計算機幫助人們更好的分析和運用數(shù)據(jù)，使計算機程序具有了像人一樣的思維能力。

（1）專家系統(tǒng)工作原理。專家系統(tǒng)包括知識庫、推理機、綜合數(shù)據(jù)庫、知識獲取系統(tǒng)、解釋子系統(tǒng)、人機接口。其工作原理主要是在故障診斷階段，根據(jù)用戶過程的需要，將知識庫的征兆信息傳遞給推理機，推理機然后根據(jù)征兆信息在全局數(shù)據(jù)庫中搜索結(jié)果，若得不到結(jié)果則還需要用戶將更多的征兆信息傳送給推理機，根據(jù)進一步的信息判斷故障問題并通過人機接口反饋給用戶。此外，知識獲取系統(tǒng)則是擔(dān)當(dāng)了在知識庫創(chuàng)建和維護階段，存放領(lǐng)域?qū)＜业闹R的功能；而解釋子系統(tǒng)則可以根據(jù)已有的數(shù)據(jù)庫信息對診斷結(jié)果以及用戶提出的一些診斷問題作出合理的解釋[3]。

（2）專家系統(tǒng)在飛機燃油系統(tǒng)中的應(yīng)用。知識的獲取，即：了解飛機燃油系統(tǒng)的常見故障形式及其故障特點，要首先對飛機燃油系統(tǒng)有一個大概的了解，廣泛收集常見的故障形式，建立故障樹并且對故障模式、影響進行分析，能夠提供故障依據(jù)。與此同時，要熟知飛機燃油系統(tǒng)中常發(fā)生的大概率故障，并向維修專家或者燃油系統(tǒng)的設(shè)計人員請教經(jīng)驗，最終將這些知識進行整理、歸納，形成數(shù)據(jù)庫。

故障判斷，即：將飛機燃油系統(tǒng)出現(xiàn)的故障形式從人機接口輸入推理機，以正向和逆向兩種方式對故障進行推理，直至得出可靠的故障類型、確定故障具體位置為止[4]。

3.2 小波分析法

小波分析法與專家系統(tǒng)診斷法有很大的不同，其針對性更高，是比較理想的信號處理方法，此方法主要是面向飛機燃油系統(tǒng)中的傳感器進行故障診斷，傳感器控制著飛機燃油系統(tǒng)的工作狀態(tài)，因而對傳感器進行檢測也是相當(dāng)有必要的。

（1）小波分析法工作原理。小波分析法有連續(xù)型和離散型兩種變換形式，其診斷依據(jù)來自于半物理仿真試驗整合的數(shù)據(jù)，并借助MatLab軟件進行分析，由于小波分析法具有多分辨分析的特點，對傳感器的信號突變比較敏感，從而確定突變的強弱，并對這強弱做出判斷，據(jù)此確定故障位置和嚴重程度[5]。

小波分析法對傳感器故障診斷的流程如圖1所示，從圖中可以看到，要對傳感器進行診斷，起初先要將數(shù)據(jù)輸出到小波變換中進行一維離散分解，緊接著將離散后的細節(jié)系數(shù)進行重建并降噪處理，通過計算得出第一層的細節(jié)系數(shù)的極大值，依次來找尋突變點，這樣一來就可以通過公式倒推出這個突變點發(fā)生的時間點，依據(jù)具體情況就可得到故障類型，如若想知道故障發(fā)生的強弱大小只需對極值進行分析即可，為防遺漏可以在此基礎(chǔ)上將極大值剔除，然后再回歸起點另尋其他突變點，直至將所有突變點找到[6]。endprint

（2）小波分析法在燃油系統(tǒng)中的應(yīng)用。小波分析法主要應(yīng)用于傳感器故障診斷中。傳感器在飛機燃油系統(tǒng)中大量應(yīng)用，如油位傳感器，它在飛機燃油系統(tǒng)中舉足輕重，其正常的工作才能保證油位測量的準(zhǔn)確無誤，為飛行員飛行駕駛提供參考數(shù)據(jù)，如若出現(xiàn)偏差其危害可見一斑。因此要對其進行故障檢測，小波分析法的重要性就顯現(xiàn)出來了，可以將油位傳感器的數(shù)據(jù)依照流程圖逐步進行處理，通過找尋到的系數(shù)極大值來確定故障嚴重程度，并能通過實際情況得到油位傳感器的故障類型，最終做出排故處理。通過查詢，油位傳感器故障類型有：偏置故障、沖擊故障、漂移故障、短路故障。

3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是在現(xiàn)代神經(jīng)生理學(xué)和心理學(xué)的基礎(chǔ)上形成的交叉科學(xué)，采用并行式計算方法來模擬人腦的結(jié)構(gòu)和功能，具有鮮明的層次性，很適合處理并行信息。飛機燃油系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次性就像人的神經(jīng)系統(tǒng)一樣層次鮮明，故障表現(xiàn)也具有層次性。

故障的層次性決定著診斷的層次性，以某大型運輸機為診斷模型，建立層次分類診斷模型。在這模型中將燃油系統(tǒng)分成四個層次：第一層是主系統(tǒng)層，即運輸機的四個發(fā)動機；第二層是次主系統(tǒng)層，即組成燃油系統(tǒng)的幾個分系統(tǒng)（加油、輸油、供油、測量四大分系統(tǒng)）；第三層是分系統(tǒng)層，即不同的油箱類別；第四層是故障分類層，即第三層可能存在的一些故障類型[7]。

根據(jù)建立好的燃油系統(tǒng)層次分類診斷模型實施故障診斷，首先是要將各個子系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立好，將這些子系統(tǒng)分好類劃分成多個子空間，并將這些部分獨立開來進行訓(xùn)練，待訓(xùn)練完成可當(dāng)?shù)晗到y(tǒng)的測量信號逐層進行故障診斷，由頂層開始逐步推向底層，直至找尋到故障源頭。

3.4 其他診斷方法簡介

除了以上所述三種診斷方法外，在機務(wù)工作中還有其他的一些常用診斷方法[8]，如：

（1）基于手冊的故障診斷方法。每種機型航空公司都配備了維修手冊，通過將故障的表現(xiàn)形式判斷故障所屬系統(tǒng)，快速進行故障定位，通過維修手冊相關(guān)文件進行逐項排查，直至將故障找出，此法是機務(wù)維修人員的常用方法，便捷可靠。

（2）基于案例的故障診斷方法。此法主要是參考一些維修案例進行維修。

（3）基于參數(shù)機理的故障診斷方法。對表征故障狀態(tài)的特征參數(shù)進行合理的檢測，并利用適當(dāng)?shù)乃惴▽σ褭z測出來的特征參數(shù)進行分析，做出故障診斷。

4 小結(jié)

隨著科技的不斷進步，先進的材料和技術(shù)不斷應(yīng)用到飛機制造業(yè)，致使飛機燃油系統(tǒng)勢必會朝著數(shù)字化、綜合化、集成化和智能化方向發(fā)展，使得故障的種類和故障機理不斷發(fā)生新的變化，從而對故障診斷方法提出了新的挑戰(zhàn)，目前大多數(shù)的診斷方法還僅僅停留在理論研究范圍，未來對故障診斷的研究應(yīng)盡量使其具有一定的實用效果，更加智能化，提高機務(wù)人員的維修效率。

參考文獻：

[1]宋靜波編著.飛機構(gòu)造基礎(chǔ)[M].北京航空工業(yè)出版社，2004（02）.

[2]楊明.飛機燃油系統(tǒng)的故障分析及維護[J].黑龍江科技信息，2013（05）.

[3]龍浩，魏建順，王新民，賈秋玲.基于專家系統(tǒng)的飛機燃油故障診斷方法研究[J].計算機測量與控制，2005，13（05）.

[4]龍浩，王新民.飛機燃油系統(tǒng)實時故障診斷專家系統(tǒng)研究[J].飛機設(shè)計，2006（02）.

[5]丁兆新.飛機燃油系統(tǒng)故障診斷方法分析[J].硅谷，2013（15）.

[6]喬亞瓊，賈秋玲.飛機燃油系統(tǒng)傳感器故障診斷方法研究[J].測控技術(shù)，2007，26（03）.

[7]龍浩，王新民.基于BP網(wǎng)絡(luò)的飛機燃油系統(tǒng)故障診斷方法研究[N].北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，21（01）.

[8]張馳，王昌昊.國產(chǎn)民航飛機燃油系統(tǒng)故障診斷方法研究[J].科海故事博覽.科教創(chuàng)新，2012，389（08）.

江蘇省高校自然基金面上項目（15KJB590001）endprint