航空电子系统的安全性诊断技术探讨

王志强

（长沙航空职业技术学院，湖南 长沙 410007）

由于航空电子系统具有电子化和集成化的特点，导致其出现的故障类型十分复杂，并且对于单一的故障在短时间内无法做出精准定位，促使航空电子系统安全性诊断越来越专业化，增加了航空公司的诊断与维护成本[1]。基于此，研究高效的航空电子系统安全性诊断技术，不仅有利于节约成本，还有利于提升诊断质量与效率。

航空电子系统中的各模块是一个复杂的整体，但同时它们之间又具有独立性，以此来满足不同飞机电子系统占比的需求。因此，飞机中的电子系统内部结构错综复杂，但是航空电子系统为满足飞机的不同飞行高度和角度需要，其中的各项功能大同小异。航空电子系统主要包括：任务管理系统、飞行管理系统、核心处理系统、飞行系统、机载维护系统以及综合显示系统等。因此，航空电子系统在飞机中具有重要作用，可以有效提升航空电子系统的安全性与可靠性。但是，随着计算机信息技术的不断发展，航空电子系统中的硬件设备日益复杂，使得航空电子系统维修成本较高[2]。如果飞行过程中各项监测数据反映出问题，维修人员就要根据监测的数据，针对性地进行检测与维修。目前，基于飞行数据的航空电子系统安全性检测方式正在逐渐代替传统的检测维修方式。

2.1 特征参数不易获取

特征参数具有直观性和简单性，可以为航空电子系统故障检测提供较大便利，并能够在相关机械系统中大范围应用。不过在航空电子系统中，获取飞机的各项数据参数有一定难度，导致特征参数在航空电子系统中无法发挥最大作用。例如，特征参数在PHM机械系统中应用时，正常情况下可以直接找到潜在故障，随后通过相应的推理算法，对潜在故障进行研究与分析。但是，如果飞机出现磨损严重或者振动信号改变的情况，航空电子系统中的特征参数就无法找到相应的故障参数，导致无法通过信息检测参数对飞机中的设备进行有效预测。因此，经常出现飞机发生突发性故障，但是特征参数无法第一时间预测的情况[3]。目前，随着半导体技术的快速发展，航空电子系统中电路发生故障的概率非常大。针对电路故障，Impact 航空公司提出了多种参数的预测方法，该方法实用性较高，并且检测过程十分便利。

2.2 故障模型建立困难

相关调查研究表明，航空电子系统经常出现的故障往往是多种因素共同作用的结果。因此，维修人员想要准确判断航空电子系统出现的故障，就要将多种因素对航空电子系统造成的故障损伤进行系统深入的分析，继而建立完善的航空电子系统故障模型，并针对各类损伤数据进行研究，继而找出多种因素之间的关联性，随后再判断多种因素叠加在一起会产生多重的损伤程度[4]。但是，现阶段航空电子系统影响因素错综复杂，导致故障模型建立困难，无法准确地根据模型对航空电子中的潜在故障进行判断。

3.1 利用监测特征参数法监管

自从空客A320 系列使用的电子系统成功后，航空电子系统相关设备在航空业中的使用率非常高。但是，目前最先进的航空电子系统是空客A380 飞机和波音787 型飞机中的电子系统，该电子系统将传统的功能全部统一在综合机电系统下，促使飞机在飞行过程中，只要出现细微的变化，运行状态就会被影响。例如，波音737MAX 发生事故的主要原因就是航空电子系统检测到故障后，飞机的控制系统处理方式缺少合理性，继而引发飞机失控。基于此，应该定期维护与检修飞机的安全性控制系统，不断完善相关电子设备，并充分利用航空和电子系统的优势，对飞机的特征参数进行实时监控，继而检测出潜在故障[5]。但是，需要注意的是，这种特征参数检测方法会产生海量数据信息，维修人员需要在海量数据信息中挑选有效的数据信息，随后通过预测算法的方式对故障进行检测，并且由于航空电子系统的结构和功能有一定差异性，获得特征参数的数据信息就会呈现多样化。但是，想要改变这种方式，就要将无线传感器和GPS 定位相结合。例如，某航空公司将飞机中的无线传感器和GPS 定位机二者结合，形成了一个精准的无线接收系统，然后利用加速实验就可以提取飞机中的各项参数，有助于维修人员快速开展工作，利用提取后的精准数据信息就可以对飞机航空电子系统进行精准评估[6]。

3.2 传统的安全性检测维修方案

随着飞机中各项电子设备不断更新，航空公司需要控制飞行的稳定性，早期的飞机结构相对简单，导致飞机发生故障的概率非常高，并且飞机中各项电子设备的功能会随着年限的增加而持续下降。传统飞机的维修和故障检测技术水平相对较低，主要是通过工作人员对飞机进行维护与检测，并且工作人员只能有效解决飞机表面故障。飞机故障主要是通过失效率的时间进行判断，传统的检测方式中，维护人员只能通过机械检测的方式应对飞机出现的故障。与此同时，维护人员针对特殊的故障问题缺少有效的解决方法，继而导致飞机经常出现失控的问题。但是，现阶段航空电子系统逐渐集成化和复杂化，新型材料在航空业中的应用范围也越来越广泛，传统的飞机维修与检测方式已经无法满足航空电子系统的检测要求。从大部分故障分析来看，故障发生原因也越来越复杂。基于此，航空业应该基于大数据技术，针对航空电子系统中的潜在故障进行评估与分析，继而提前发现问题，并及时解决问题[7]。

3.3 故障诊断专家系统

故障诊断专家系统主要是在航空领域形成对应的专业知识库和工程经验，并且该故障诊断系统可以定期对飞机信息进行自动检测，促使采集的参数和结构形成综合的知识库，再进行一系列分析，最终精准定位航空电子系统故障。航空电子系统故障诊断专家系统的最大优势就是普通的维护人员也可以解决高难度的故障问题，降低维修人员的门槛。其中，航空电子系统故障诊断专家系统主要包括知识库、推理机、信息采集以及人机接口。故障诊断专家系统结构如图1 所示。

图1 故障诊断专家系统结构

航空电子系统的故障诊断专家系统主要分为地面故障诊断专家系统和机载故障诊断专家系统两个部分。地面故障诊断专家系统主要是通过人机接口对地面进行诊断，再由地面诊断设备负责数据录入、故障分析等，然后在知识库中显示结果。机载故障诊断专家系统主要通过本地专家知识库进行故障分析，并将分析后的结果送往机载显示设备。机载显示设备主要具有显示和自动检测功能，地面故障诊断系统主要具有信息采集功能，主要对航空电子系统中的各项硬件进行测试[8]。

3.4 多控制面伪逆技术

飞机运行时经常会面临未知的故障，正常情况下，处理故障的方式都是模块系统重新启动，就可以解决运行中出现的故障。如果飞机表面发生严重损伤，模块系统就会无法重新启动，导致飞机在运行中可能会失去控制，降低飞机的运行性能和稳定性。基于此，多控制面伪逆技术可以有效解决损伤严重问题，因为多控制面伪逆技术作为冗余设计法，当飞机表面出现异常或者长时间无法启动某种功能时，多控制面伪逆技术就可以自动反馈调节，并且对飞机局部系统进行重新构造。在飞机局部系统重新构造的过程中，其可以保证航空电子系统中各项功能不受影响，促使飞机保持原本的运行状态[9]。另外，多控制面伪逆技术还具有局部模式切换的功能，在飞机出现故障时，可以无缝衔接切换其他模式。

3.5 数据采集和传感器技术

航空电子系统中的PHM 数据主要是通过传感技术采集而来的，传感技术可以对海量的数据信息进行精准采集，并且还可以保证PHM系统正常运行。基于此，航空业针对传感技术的精准性和带宽提出了更高的要求，只有保证传统技术的精准性和带宽，才能保证PHM系统的稳定运行[10]。与此同时，航空电子系统的故障错综复杂，PHM系统在监控各项数据参数的过程中，需要使用大量的数据进行运算，还要对电子系统内其他参数进行检测。因此，其他参数也要配备传感器，这导致航空电子系统中存在大量的传感器，如果没有及时安装，航空电子系统就会无法正常运行。

3.6 解析冗余诊断技术

飞机在某些状态下，故障隐患可能不会影响飞机运行，但是一旦飞机切换另一种状态，潜在的隐患问题就会立即暴露出来。例如，飞机在降落和起飞过程中出现安全隐患问题，这个阶段属于人工驾驶阶段，在这个阶段可以由飞行员自行操控信号解决，这样对飞机的影响也较小。针对巡航阶段，飞机的飞行属于自动驾驶模式，简单来讲，就是飞机在一定高度保持平直飞行，如果这个环节出现振动故障，那对飞机的运行状态就会产生较大影响，降低飞行的舒适度，甚至还会影响飞机的安全。飞机之所以检测到振动故障，主要是因为传感器的结构和气动弹性发生故障，飞机表面结构弹性因外部气动力的压力而产生较大振动频率，并且飞机在这个时间始终保持飞行，继而引发飞机表面出现振动故障。解析冗余诊断技术主要就是将飞机的传感器和飞机表面进行对比，判断飞机出现故障的真实情况，继而利用该项技术的优势，精准地对故障进行针对性调整。

综上所述，航空电子系统安全性主要聚焦在设计环节，利用监测特征参数法监管、传统的安全性检测维修方案、故障诊断专家系统、多控制面伪逆技术、数据采集和传感器技术、解析冗余诊断技术等航空电子系统的安全性诊断技术都可以很好地解决航空电子系统安全故障问题。高效的航空电子系统安全性诊断技术，不仅可以节约成本，还可以提升诊断质量与效率，并对飞机飞行起到很好的保护作用。同时，航空业应该针对飞机电子系统可能出现的故障，提前进行评估与诊断，继而做出针对性的调整，有助于提升飞机的安全性。

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