飛機航空電子設(shè)備故障類型與診斷技術(shù)研究

尚浩，劉美山

（中國飛行試驗研究院，陜西西安，710089）

0 引言

飛機航空電子設(shè)備的保養(yǎng)和故障診斷對于航空系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行具有重要作用，一般航空飛機上機載電子設(shè)備種類較全，如GPS接收機、燈光照明系統(tǒng)、警告系統(tǒng)等。如今，飛機航空電子系統(tǒng)的功能不斷增加，電子設(shè)備的故障定位與診斷越來越復(fù)雜。在飛行前和飛行中，要定期對飛機進行故障診斷，時刻保障航空電子設(shè)備各項功能的正常運行。對飛機航空電子設(shè)備進行完整的檢測需要花費較大力氣，為提高故障診斷技術(shù)，研究出更加科學(xué)、高效、全面的故障診斷技術(shù)顯得尤為重要[1]。

1 航空電子設(shè)備故障類型

雖然航空電子系統(tǒng)復(fù)雜繁瑣，但是其電子設(shè)備的故障類型大致可以分為三類，主要包括航空電源設(shè)備故障、自動檢測設(shè)備的故障以及計算機控制系統(tǒng)的故障。

1.1 航空電源設(shè)備故障

電氣零件和組成常見于飛機航空設(shè)備中的每個模塊，其使用頻率很高，因此電氣故障已經(jīng)成為飛機航空設(shè)備中較為常見的故障類型。大型、復(fù)雜的飛機航空電子系統(tǒng)的運行需要強大的電源供給與支持，如果電源在使用過程中出現(xiàn)了電源順時過載或者瞬間短路，會造成嚴(yán)重的電源設(shè)備故障，危及飛機航空系統(tǒng)的安全。穩(wěn)壓電源中具備穩(wěn)壓芯片，其發(fā)揮著重要的作用，因此在對航空電源設(shè)備故障進行排查時，首先檢測調(diào)節(jié)電壓芯片，再逐一排查其他元器件的故障。航空電源設(shè)備線路圖，如圖1所示。

圖1 航空電源設(shè)備線路圖

1.2 自動檢測設(shè)備的故障

在整個智能化、自動化的飛機航空電子結(jié)構(gòu)中，自動測試裝置是完成飛行必不可少的組成因素。如果自動檢測設(shè)備出現(xiàn)故障，例如，呈現(xiàn)出了板卡形式，那么很容易出現(xiàn)接觸不正確或者板卡連接失敗的錯誤現(xiàn)象。飛機航空電子設(shè)備需要嚴(yán)格保護其核心電路，多采用封裝的制作方式，當(dāng)自動檢測設(shè)備產(chǎn)生故障時，這種電子設(shè)備制作方式一定程度上限制了對其中相關(guān)模塊的快速、精確定位[2]。

1.3 計算機控制系統(tǒng)故障

通過計算機可識別的編程語言實現(xiàn)對飛機航空計算機系統(tǒng)的控制，計算機控制系統(tǒng)是一項綜合的智能控制系統(tǒng)，但也會有故障的時候，通常會因為出現(xiàn)了亂碼和隨機代碼，導(dǎo)致信號或指令的錯誤傳達與執(zhí)行，造成計算機控制系統(tǒng)的故障。其中信號處理系統(tǒng)出現(xiàn)故障通常會導(dǎo)致隨機代碼的出現(xiàn)；顯示控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障會造成內(nèi)容錯誤的現(xiàn)象。在計算機控制系統(tǒng)中需要數(shù)字信號和模擬信號之間的轉(zhuǎn)變，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，這一過程就無法正常運行；通過定期檢測DA裝置來避免亂碼的產(chǎn)生，以保證飛機航空計算機控制系統(tǒng)的正常運行，同時也要注意檢查線路連接是否通暢,做好航空電子設(shè)備后勤管理、保養(yǎng)以及維修工作。

2 飛機航空電子設(shè)備故障診斷技術(shù)分析

2.1 電子電路故障診斷

2.1.1 數(shù)字電路故障診斷方法

在飛機航空電子設(shè)備中，數(shù)字電路設(shè)備的正常運行至關(guān)重要，但所有的電子元器件都有使用壽命和可靠性問題，因此，元器件、電路以及設(shè)備都有可能出現(xiàn)各種故障問題，首先對數(shù)字電路設(shè)備進行故障的模型化，將常見故障進行歸類，以便于準(zhǔn)確定位與診斷電路中出現(xiàn)的故障，主要分為固定型故障、橋接故障以及暫態(tài)故障。對此，可采用測試碼生成法和偽窮舉測試法進行這些故障的診斷。利用測試碼生成法對數(shù)字電路的故障進行全面檢查，并結(jié)合布爾差分法和D算法得出相應(yīng)測試碼，進行可靠、準(zhǔn)確的故障定位。另一種，偽窮舉測試法，是將數(shù)字電路先按照一定方法進行合理劃分，對劃分以后的每一部分電路進行窮舉測試，這樣減少了不必要的測試數(shù)，提高了故障診斷效率[3]。

2.1.2 模擬電路故障診斷

（1）測前模擬法。飛機航空電子設(shè)備的故障檢測中常用到測前模擬法，這一故障檢測模式的原理相當(dāng)于對應(yīng)著字典找故障，工作過程為：在計算機平臺上進行仿真，此仿真要能夠良好應(yīng)用到實際模擬電路上。記錄并對比測前模擬和被測電路施加時的相關(guān)數(shù)據(jù)和特征,依據(jù)數(shù)據(jù)和特征進行模擬電路故障的查找。

（2）測后模擬法。測后是指測量以后，相比于測前模擬法，此方法更偏向于故障分析法，此工作過程為先按照測量后得到的數(shù)據(jù)信息模擬出相應(yīng)電路，利用故障證實技術(shù)和參數(shù)識別技術(shù)對這個模擬電路進行故障分析。故障證實技術(shù)：根據(jù)以往的經(jīng)驗或者相關(guān)現(xiàn)象首先猜測模擬電路中故障和導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差的原因，之后進行測量驗證猜測。如果猜測被證實，則表明此處確實出現(xiàn)故障，進行切除即可，因為電路系統(tǒng)趨于復(fù)雜，可能同時出現(xiàn)多種電路缺陷，對大量的單個功能缺陷以及組合缺陷進行逐一猜測和故障證實，顯然工作量是非常大的，這時要用到電路切割法，將電路進行有效分級，再對每一級的電路分別進行排查診斷，減少工作量，提高故障診斷效率。另一種是參數(shù)識別技術(shù)，需要有拓撲結(jié)構(gòu)、輸入激勵以及得到的輸出響應(yīng)，根據(jù)這三個條件就可得到此網(wǎng)絡(luò)的所有相關(guān)參數(shù)，根據(jù)參數(shù)的公差進行檢索識別，進一步查找計算參數(shù)公差邊界，就能夠完成對網(wǎng)絡(luò)錯誤元素的識別[4]。

2.2 電子設(shè)備故障診斷

飛機航空電子設(shè)備的快速、精準(zhǔn)故障診斷是減少飛機航空事業(yè)損失的重要保障。電子設(shè)備的故障診斷技術(shù)也在不斷的研發(fā)與應(yīng)用,目前采用較多的故障診斷技術(shù)，例如基于解析模型的方法、基于信號處理的方法、基于知識故障的診斷方法。

（1）基于解析模型的方法。此方法可以實現(xiàn)對飛機航空電子設(shè)備故障的動態(tài)化診斷，對診斷對象建立精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，對模型進行測量比較時，著重檢測與比較模型能夠傳達的信息和其中的可測量數(shù)據(jù)，對此進行深入的分析和整理，完成基于解析模型的飛機航空電子設(shè)備故障診斷[5]。

（2）基于信號處理的方法。與上一種故障診斷方法相比，信號處理方法不用對診斷對象建立精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型，雖然一定程度上使得不少的故障診斷不確定因素被忽略，但有減小了故障診斷方法施行的難度。對信號模型和相關(guān)頻譜、波形特征、信號頻率變化進行分析和測量，可以得到關(guān)鍵的測量信號，最終檢測到電子設(shè)備的誤差和故障。

(3)基于知識故障診斷。這種故障診斷方法也不用專門對被測對象建立完善的數(shù)學(xué)模型，專家系統(tǒng)故障診斷是其主要診斷技術(shù)。通過信息技術(shù)和相應(yīng)硬件設(shè)備收集被診斷對象的數(shù)據(jù)信息，按照設(shè)備運行原理和設(shè)計原則等進行推理，同時以各種應(yīng)用軟件程序進行輔助，在軟件程序應(yīng)用過程中，借助用戶反饋的信息或者主動對用戶進行調(diào)查，以快速、全面地找到飛機航空電子設(shè)備所存在的故障和錯誤，全面排查以后由用戶確認(rèn)。在現(xiàn)實的飛機航空電子設(shè)備故障診斷中，用時更少、診斷更全面、診斷更精確是人們不斷努力的目標(biāo)，盡量結(jié)合實際的故障情況，選擇具有針對性的故障檢測步驟和診斷方法，進行故障信息的綜合分析和充分利用。故障診斷方專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的組成如圖2所示。

圖2 故障診斷專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

由圖可知，數(shù)據(jù)庫功能所處的位置表明了其重要作用，在整個故障診斷專家系統(tǒng)內(nèi)，數(shù)據(jù)庫監(jiān)測數(shù)據(jù)要做到實時更新，數(shù)據(jù)庫單獨的診斷圖，如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫診斷圖

圖2中的知識規(guī)則庫，其中保留了故障診斷專家系統(tǒng)的內(nèi)容和運行環(huán)境，專家系統(tǒng)應(yīng)用的原則反映了此系統(tǒng)的前后因果關(guān)系，在故障預(yù)測和推理方面發(fā)揮重要作用，因此知識庫是專家系統(tǒng)應(yīng)用中的重要工具。人機接口指的是人類和專家系統(tǒng)之間的信息交流通道，承接重要的信息交接作用[6]。

圖2中的推理機，在一定的規(guī)則下，充分利用結(jié)合數(shù)據(jù)庫和知識規(guī)則庫所獲得的數(shù)據(jù)，進行故障和錯誤的診斷，得出結(jié)果。推理機是故障診斷專家系統(tǒng)中必不可少的組織結(jié)構(gòu)。飛機航空電子設(shè)備故障診斷專家系統(tǒng)的主要應(yīng)用作用是借助故障診斷專家的豐富診斷經(jīng)驗和海量知識儲備，對飛機航空電子化學(xué)設(shè)備、計算機控制系統(tǒng)以及機械系統(tǒng)等組成進行專業(yè)的故障診斷。

3 結(jié)語

在飛機航空電子設(shè)備故障診斷過程中，先進、全面、可靠的故障診斷技術(shù)在飛機航空電子設(shè)備的運行與維護中發(fā)揮著重要推動作用。飛機航空電源設(shè)備、計算機控制系統(tǒng)及自動監(jiān)測設(shè)備等較為復(fù)雜，很容易發(fā)生故障，對電子電路進行模擬電路診斷、數(shù)字電路故障診斷，對電子設(shè)備進行基于信號處理、基于解析模型和基于知識故障診斷的方法，有效保障飛機航空電子設(shè)備的故障診斷效果，以保證飛機航空電子設(shè)備的正常運行。