綜合航空電子系統(tǒng)故障管理研究

田宇飛

石家莊海山實(shí)業(yè)發(fā)展總公司 河北石家莊 050000

1 航空電子系統(tǒng)的概念

航空電子系統(tǒng)指安裝在飛機(jī)上或懸掛在飛機(jī)上的所有電子和機(jī)電系統(tǒng)及子系統(tǒng)（含硬件和軟件）。包括完成任務(wù)所需的傳感器、信號(hào)與數(shù)據(jù)處理與管理、顯示器等一系列子系統(tǒng)的綜合，子系統(tǒng)諸如：通信導(dǎo)航識(shí)別、慣性導(dǎo)航、顯示與控制、任務(wù)管理、雷達(dá)、電子戰(zhàn)、大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)等。航空電子系統(tǒng)涉及到通信、導(dǎo)航、識(shí)別、飛行管理、大氣數(shù)據(jù)、雷達(dá)與光電探測(cè)、電子戰(zhàn)、火力控制、任務(wù)管理、顯示控制和系統(tǒng)軟件等功能設(shè)備或功能模塊，其成本通常占飛機(jī)成本的40%-70%。

航空電子系統(tǒng)可分為通用航空電子系統(tǒng)和任務(wù)航空電子系統(tǒng)兩部分。前者是飛機(jī)為完成正常飛行任務(wù)所必須裝備的電子系統(tǒng)。包括無(wú)線電通信系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)。后者是飛機(jī)為完成某種特定任務(wù)而裝備的電子系統(tǒng)，包括火力控制系統(tǒng)、偵察監(jiān)視系統(tǒng)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)、數(shù)傳系統(tǒng)。

2 航空電子系統(tǒng)故障管理研究分析

2.1 綜合航電BIT設(shè)計(jì)

合理選擇BIT測(cè)試項(xiàng)，同時(shí)從元器件選取、完善生產(chǎn)工藝等角度提高BIT電路設(shè)計(jì)的可靠性，減少BIT電路自身故障帶來(lái)的虛警。一般要求模塊BIT電路的可靠性比功能電路的可靠性高一個(gè)數(shù)量級(jí)。合理選取測(cè)試容差。由于機(jī)內(nèi)測(cè)試的局限性，BIT的測(cè)試精度不可能達(dá)到檢測(cè)儀器的精度水平。

此外，還需要考慮使用過(guò)程中產(chǎn)品面臨的惡劣環(huán)境因素影響，如高溫、高濕、氣壓變化、振動(dòng)沖擊、電磁干擾和電源波動(dòng)等。以上因素在容差設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮，避免或減少虛警。采取必要的防虛警手段，針對(duì)環(huán)境干擾造成的瞬態(tài)故障或間歇故障，在BIT設(shè)計(jì)時(shí)一般采用多次判決或延時(shí)判定的方法。在研制階段，模塊承制方需要開展BIT設(shè)計(jì)驗(yàn)證，通過(guò)模擬注入電路故障測(cè)試模塊BIT的容差/門限以及防虛警措施是否合理有效。在生產(chǎn)及使用階段，對(duì)外場(chǎng)反饋回來(lái)的模塊BIT設(shè)計(jì)缺陷，需要及時(shí)定位原因，并進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)。系統(tǒng)內(nèi)部信號(hào)交聯(lián)和故障相關(guān)性導(dǎo)致的I類虛警主要在系統(tǒng)層次解決。同樣采用基于模型的方法，利用測(cè)試性建模輸出的相關(guān)性矩陣（D矩陣），結(jié)合系統(tǒng)先驗(yàn)故障概率計(jì)算系統(tǒng)中各元件的后驗(yàn)故障概率，以后驗(yàn)故障概率最大為故障定位的準(zhǔn)則，并利用拉格朗日松弛算法進(jìn)行求解，最終識(shí)別真實(shí)的故障原因，達(dá)到消除級(jí)聯(lián)虛警的目的。雖然在模塊層次可采取一些技術(shù)手段減少II類虛警的產(chǎn)生，從工程實(shí)踐來(lái)看，由于綜合模塊化航電系統(tǒng)的模塊配套廠家眾多，且技術(shù)水平參差不齊，航電系統(tǒng)內(nèi)部模塊上報(bào)到系統(tǒng)的BIT虛假故障指示很多，模塊BIT虛警已經(jīng)成為飛機(jī)外場(chǎng)虛警頻發(fā)的主要原因和機(jī)載電子系統(tǒng)故障診斷的難點(diǎn)[1]。

2.2 FTA綜合分析方法的應(yīng)用

故障樹分析（FTA）是一種演繹性的失效分析方法，廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)安全性評(píng)估工程領(lǐng)域，以揭示系統(tǒng)失效的原因。故障樹分析中分析人員從某一特定的不希望事件（頂事件）開始，在低一級(jí)的下一個(gè)層次上，系統(tǒng)地確定系統(tǒng)功能模塊中可能導(dǎo)致該事件發(fā)生的、全部可信的單一故障及失效組合，并逐級(jí)向下展開分析，最終相繼通過(guò)更細(xì)化（即低一層）的設(shè)計(jì)層次揭示出所有的初級(jí)事件或滿足該頂層危險(xiǎn)事件的要求為止。

ECU是由兩臺(tái)名為通道A與通道B的電子計(jì)算機(jī)組成，其主要功能是實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)控制計(jì)算以及監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)。通道A和通道B完全相同并且同時(shí)工作，但各自獨(dú)立運(yùn)行。通道A和通道B接收輸入信號(hào)并分別進(jìn)行信號(hào)處理，但是只有一個(gè)通道實(shí)施控制，輸出指令稱為主用通道；另一個(gè)通道稱為備用通道。為提高ECU的可靠性，通道A與通道B通過(guò)交叉通道數(shù)據(jù)鏈（CCDL）連接，這使得兩個(gè)通道內(nèi)的輸入信息互通，即使一個(gè)通道的重要輸入信息輸入失效時(shí)，也能保證ECU正常運(yùn)行[2]。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的控制與調(diào)節(jié)功能主要由FMV來(lái)完成，其通過(guò)ECU由力矩馬達(dá)控制并借助解析儀將FMV位置信號(hào)反饋給ECU。因此FMV本身故障、FMV力矩馬達(dá)故障以及ECU控制邏輯輸出信號(hào)喪失都可能導(dǎo)致LOTC事件，ECU控制邏輯輸出信號(hào)喪失又分為兩種信號(hào)喪失情況。

2.3 DIMA動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)

DIMA動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)可以使飛行器充分利用功能冗余來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)重構(gòu)，使其快速適應(yīng)故障或特殊任務(wù)環(huán)境，因此動(dòng)態(tài)重構(gòu)技術(shù)可以降低航電系統(tǒng)對(duì)硬件資源余度的要求，允許飛行器在出現(xiàn)大規(guī)模故障或戰(zhàn)斗損傷的情況下，仍能保證一定的飛行能力，使飛行員繼續(xù)完成任務(wù)或安全返航。因此，當(dāng)PHM系統(tǒng)檢測(cè)到航電系統(tǒng)資源退化或功能變異時(shí)，依據(jù)系統(tǒng)硬件資源的有效性，面向任務(wù)需求進(jìn)行資源重組，可使航電系統(tǒng)以最優(yōu)方式為任務(wù)的完成提供服務(wù)。

DIMA通過(guò)分布式實(shí)時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)在分布式處理單元和各個(gè)功能模塊間傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)應(yīng)用程序間通信和I/O處理技術(shù)使得系統(tǒng)中能夠集成多個(gè)應(yīng)用程序，并且在應(yīng)用程序間保持強(qiáng)大的時(shí)空分區(qū)。因此DIMA實(shí)現(xiàn)了I/O處理模塊與應(yīng)用處理模塊在物理層次上的嚴(yán)格隔離，形成了天然的故障傳播壁壘，此外，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)集中單元可用于與下一個(gè)通信系統(tǒng)處理單元交換I/O數(shù)據(jù)，層次化的體系架構(gòu)降低了布線及系統(tǒng)的復(fù)雜度，處理單元間的數(shù)據(jù)共享降低了所需的總體系統(tǒng)處理功耗及所需硬件[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

航空電子系統(tǒng)分層故障處理模式便于系統(tǒng)的集成，新技術(shù)及新方法的導(dǎo)入及運(yùn)用，能解決傳統(tǒng)方式下故障不分級(jí)、不可自動(dòng)恢復(fù)等高耦合問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)綜合航電系統(tǒng)故障的自動(dòng)收集、過(guò)濾和分層接管等，降低了飛機(jī)的維護(hù)成本并提升了整機(jī)的系統(tǒng)安全性，這一設(shè)計(jì)已在大量實(shí)踐中得到了充分認(rèn)證和應(yīng)用。