基于AHM的波音737NG引氣系統(tǒng)故障診斷

張宇

摘要：飛機健康管理系統(tǒng)（ AHM）是波音公司推出的數(shù)字化先進飛機維護工具，具有故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控功能，能夠為客戶提供全面的技術(shù)支持，幫助維修人員快速準確地診斷故障。本文利用AHM對波音737NG飛機引氣系統(tǒng)進行故障診斷，能比傳統(tǒng)方法更加快速有效地獲得診斷結(jié)果。

關(guān)鍵詞：故障診斷;飛機健康管理系統(tǒng);引氣系統(tǒng)

0引言

波音737NG飛機引氣系統(tǒng)是非常重要的一個系統(tǒng)。當飛機在空中時，它是座艙壓力的唯一供氣來源，一旦發(fā)生故障，就會影響飛機的客艙壓力控制，如果雙發(fā)引氣失效，將直接導致客艙失壓。引氣系統(tǒng)的故障通常比較復雜，首先，引氣系統(tǒng)的部件較多且相互之間關(guān)聯(lián)性較強，同樣故障表現(xiàn)的故障原因卻不盡相同，如引氣組件跳開，可能是超壓也可能是超溫，還有可能兩個原因都有，而溫度和壓力之間又有聯(lián)系，不易判斷;其次，引氣系統(tǒng)的部件受環(huán)境因素的影響較大，當系統(tǒng)部件工作在臨界狀態(tài)時，可能由于組件本體受到污染而造成工作不穩(wěn)定，進而造成系統(tǒng)故障，甚至還出現(xiàn)更換某一部件后故障現(xiàn)象消失，幾天后故障又再現(xiàn)的情況。維修人員為了徹底排除故障，可能同時更換很多部件.造成拆下來的隔離件無法區(qū)分是可用件還是故障件，增加了工作量，提高了維修成本。AHM的故障診斷系統(tǒng)的出現(xiàn)，為快速高效地排除波音737NG飛機引氣系統(tǒng)故障提供了新的途徑。

1AHM的故障診斷系統(tǒng)

飛機健康管理系統(tǒng)（AHM）是波音公司推出的數(shù)字化先進飛機維護工具，是近年來出現(xiàn)的飛機維修新理念和新技術(shù)，具有故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控兩大功能，能夠為維修人員提供全面的技術(shù)支持，降低飛機的維修成本，提高飛機的維修質(zhì)量，同時為整個機隊的可靠性提供強有力的保證^[1]。目前波音公司AHM在全球61家航空公司用戶的2000多架飛機上獲得了應用，其中超過75%的波音777、50%的波音747-400和所有的波音787機隊都采用了AHM工具。2014年8月4日，中國東方航空及其子公司上海航空和中國聯(lián)合航空引入AHM，將其應用于東航機隊157架波音737NG上，并最終將覆蓋250架737NG飛機。

AHM利用機載電子設(shè)備和飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)采集記錄飛機的各種數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行必要的轉(zhuǎn)化篩選，提取故障數(shù)據(jù)格式化，形成故障信息，再根據(jù)故障的嚴重程度發(fā)出相應的警告，利用空地數(shù)據(jù)鏈將其傳遞到地面監(jiān)控站，幫助維修人員進行故障診斷;同時，針對影響飛機的故障信息，AHM系統(tǒng)會提供相關(guān)的維護文件鏈接，包括WDM、SSM、IPC、FIM、AMM、MEL以及波音文檔，幫助維修人員提前準備相應的工具、設(shè)備、航材，為飛機落地排故做相應的部署。

AHM的故障診斷系統(tǒng)將專家系統(tǒng)故障診斷和神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷兩種故障診斷方法的優(yōu)點融合在一起，既可以對已知的故障做到快速診斷，又可以實現(xiàn)自主學習、自我更新的功能。首先，該系統(tǒng)將收集到的故障數(shù)據(jù)送入專家系統(tǒng)進行診斷，由于專家系統(tǒng)的知識規(guī)則庫里已經(jīng)存儲了大量的故障診斷實例，系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)與以往的范例相匹配的情況即可快速完成故障診斷，維修人員可以馬上查看過去的故障記錄，制定排故方案。當專家系統(tǒng)未能找到相匹配的故障診斷實例，或者這個故障數(shù)據(jù)未存貯在故障庫時，AHM將啟動神經(jīng)網(wǎng)絡故障診斷模式，將故障信息中的關(guān)鍵值與故障模式建立對映關(guān)系，將故障所對應的可能原因、所采取的措施以及實施效果呈現(xiàn)出來，協(xié)助維修人員完成故障診斷。當維修人員根據(jù)AHM提供的輸出信息成功完成故障診斷后，神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)利用自主學習能力，將這條信息更新到知識庫和樣本庫中，實現(xiàn)不斷自我完善的功能。

2案例介紹

下面以一則真實的737NG飛機發(fā)動機引氣故障為例，利用AHM進行故障診斷。

B-5530飛機航后落地，維修人員在檢查飛機記錄本時，發(fā)現(xiàn)機組反映“飛機爬升時，右發(fā)引氣壓力低”。根據(jù)此故障描述，登錄AHM（見圖1），發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)自動將其判別為“Right Engine PreCoolerSystem Fault”（右發(fā)預冷器系統(tǒng)故障），并給出了M級的警告。

打開具體的故障報告，發(fā)現(xiàn)故障報告都有相應的ACARS報文，報文中記錄的文字段都有特殊的含義。

AHM會提供文件對系統(tǒng)的項目含義加以說明，表l是對引氣系統(tǒng)各個名稱的注釋。針對B-55XX故障，AHM提供了相應的ACARS報文，選取其中記錄了發(fā)動機引氣系統(tǒng)相關(guān)活門空中工作狀態(tài)的部分，具體如表2所示。

表2記錄了B-55XX飛機在執(zhí)行從武漢到浦東的航班時空中發(fā)動機引氣系統(tǒng)的狀態(tài)。GMT02：15 11（北京時間10：15 11）時，飛機駕駛艙的主警告燈亮。此時飛機的狀態(tài)參數(shù)為：飛行高度31099ft （9479m），大氣靜溫-28.8℃，總溫-2.0℃，左右發(fā)的引氣電門打開，APU引氣活門關(guān)閉，大翼防冰活門關(guān)閉，發(fā)動機整流罩防冰活門打開，左右空調(diào)組件打開在自動位，左右發(fā)動機的Nl轉(zhuǎn)速分別為87.91%和87.97%，左右發(fā)動機的氣源管道壓力分別為40psi和24psi，左右發(fā)動機的預冷器出口溫度分別為436°F和472°F。

在故障報告里，AHM給出了相應的手冊鏈接。點擊其中的“QUICK FIMTASK”，它給出了發(fā)動機引氣壓力與Nl和飛行高度關(guān)系圖（見圖2）。

關(guān)系圖表的橫軸是發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，橫軸向右表示加大油門;圖表的左側(cè)縱軸是管道壓力;圖表中的線條標明了給定飛行高度，給定發(fā)動機轉(zhuǎn)速時應當出現(xiàn)的引氣規(guī)律或管道壓力讀數(shù)。這份圖表給出了海平面和5000ft飛行高度的壓力讀數(shù)，圖上的編號顯示了該線條給定區(qū)段內(nèi)引氣系統(tǒng)所處的操作方式。

結(jié)合從ACARS報文中獲得的飛機狀態(tài)參數(shù)，可以判定飛機在高度31099ft、發(fā)動機Nl轉(zhuǎn)速87%左右時，發(fā)動機引氣系統(tǒng)的正常管道壓力應該是42±8psi，而此時右發(fā)的引氣壓力只有24psi，明顯不在標準范圍內(nèi);對比后還可以發(fā)現(xiàn)，右發(fā)的預冷器出口溫度高于左發(fā)的溫度。

為了幫助維修人員快速排除故障，故障報告中AHM不僅給出了可能產(chǎn)生此故障的部件名稱和故障現(xiàn)象，而且對每個故障部件更換后的排故效果做了統(tǒng)計。表3列出了AHM針對B-55XX右發(fā)預冷器系統(tǒng)故障可能的原因和排故效果，表格的左側(cè)是可能導致系統(tǒng)故障的組件名稱，右側(cè)是組件更換后的效果，CEA代表東航機隊，All代表所有裝有AHM的波音機隊，從表中看出，490。F超溫電門，東航機隊更換一次排除了故障，波音機隊一共更換過4次，故障排除率為100%;故障可能性最大的預冷器控制活門，東航機隊更換過4次，故障排除率為100%，波音機隊更換過29次，故障排除率為96%。維修人員據(jù)此更換了右發(fā)預冷器控制活門，并進行了測試，結(jié)果系統(tǒng)恢復正常，故障排除。

同樣的故障，如果按照傳統(tǒng)的故障診斷流程，依據(jù)FIM手冊進行排故，發(fā)現(xiàn)針對“右發(fā)引氣壓力低”故障，F(xiàn)IM手冊給出的故障隔離程序多達24頁，而且在故障隔離前需要進行初始評估，也就是說要模擬出飛機的故障狀態(tài)，以便記錄飛機的狀態(tài)參數(shù)，縮小排故范圍。傳統(tǒng)排故方法就是進行發(fā)動機試車驗證，通常試車要達到90%N1以上，以便模擬出整個發(fā)動機引氣系統(tǒng)工作的全行程，試車過程一般消耗航空煤油1～2噸，同時維修人員必須等到發(fā)動機冷卻后才能開始換件工作，整個排故過程耗時非常長。而采用AHM進行故障診斷，整個過程僅僅耗時90min，而且不需要試車驗證，大大提高了維修效率，減少了運行成本。

3總結(jié)

作為一種新的飛機故障診斷、監(jiān)控技術(shù)，AHM不僅能夠為飛機引氣系統(tǒng)的故障診斷提供幫助，還可以應用于其他系統(tǒng)的故障診斷。AHM將飛機在空中的故障信息及時傳遞至地面，為客戶提供相關(guān)的排故資料，幫助進行故障診斷，制定相應的維修方案，極大地提高了飛機維修工作的效率和準確性，為飛機后續(xù)航班計劃的調(diào)整提供了依據(jù)，保障了航班的安全、準時、可靠。

參考文獻

[1] The Boeing Company. AHMReference Manual[Z]. 2014.

[2]張林.飛機健康管理（AHM）系統(tǒng)在航空運行中的應用和作用[J].科技傳播，2012， 3：158-159.

[3] The Boeing Company. ECSPneumatic System[2].2014.