一種基于ACARS系統(tǒng)的A320飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控方法

郭忠斌 楊凱 王赟 張翔 朱勇

摘要：基于ACARS的A320飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控報文是一種預(yù)測性維修方法，通過大數(shù)據(jù)分析前輪轉(zhuǎn)彎控制傳感器3GC和位置反饋傳感器4GC的角度偏差，結(jié)合飛機(jī)速度、側(cè)風(fēng)等參數(shù)，設(shè)置報警門檻值，若關(guān)鍵參數(shù)超出預(yù)設(shè)的門檻值后觸發(fā)報文，ACARS會將報文實時發(fā)送到地面。該方法便于工程師提前預(yù)知故障并采取維修措施，較好地解決了A320飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎故障導(dǎo)致的占用跑道等惡性事件。

關(guān)鍵詞：A320飛機(jī)；前輪轉(zhuǎn)彎；ACARS報文；預(yù)測性維修；邏輯建模

Keywords： A320 aircraft；N/WS；ACARS reports；prognostic maintenance；logic model

0 引言

2018年10月1日，某航一架A320飛機(jī)執(zhí)行MU2125西安-武漢航班，飛機(jī)6：40準(zhǔn)時從西安咸陽機(jī)場起飛，按照計劃9：43分抵達(dá)武漢天河機(jī)場，下降過程中ECAM（飛機(jī)電子中央監(jiān)視系統(tǒng)）出現(xiàn)N/W STRG FAULT警告，機(jī)組多次重置電門無效，飛機(jī)于9：48分落地，因無法轉(zhuǎn)彎占用跑道啟動應(yīng)急響應(yīng)程序，10：05分使用地面拖車將飛機(jī)拖離跑道。排故檢查中發(fā)現(xiàn)前輪定中后左偏，調(diào)節(jié)3GC、4GC并更換4GC、6GC和BSCU后，測試正常。此事件被局方定性為事故征候。

1 A320飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎故障現(xiàn)狀

統(tǒng)計國內(nèi)某航近三年A320機(jī)隊前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)不正常事件（見表1），可以看出A320前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)故障率較高，前輪轉(zhuǎn)彎故障導(dǎo)致的運行中斷和返航/備降/滑回事件有增加趨勢，特別是2018年發(fā)生6次返航事件，在A320機(jī)隊返航/備降/滑回中排名靠前，高于客艙釋壓/發(fā)動機(jī)空停/起落架系統(tǒng)，其中前輪轉(zhuǎn)彎故障引起的占用跑道事件屬于公共應(yīng)急響應(yīng)事件，給機(jī)隊安全運行帶來較大壓力。

2 A320飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎工作原理

A320飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的鋼索系統(tǒng)，采用電控操作，3GC控制指令信號和4GC角度位置信號是主要的控制信號源，其將前輪的角度反饋給BSCU（剎車和轉(zhuǎn)彎控制組件），前輪轉(zhuǎn)彎使用黃系統(tǒng)（部分舊構(gòu)型飛機(jī)使用綠系統(tǒng)）液壓油，BSCU通過6GC（伺服控制活門）將駕駛艙手輪、腳蹬以及方向舵配平的指令信號轉(zhuǎn)變成液壓信號作動前輪轉(zhuǎn)彎作動筒工作（見圖1），地面滑行階段由手輪操控飛機(jī)方向，起飛滑跑時由腳蹬控制方向舵。落地滑跑中機(jī)組一般在40kt以上使用腳蹬，40kt以下使用手輪操控，因此低速滑行中手輪是前輪轉(zhuǎn)彎的主要控制方法，大多數(shù)滑偏主要發(fā)生在手輪操作的低速階段。手輪、腳蹬控制指令和前輪角度位置變化屬于線性變化（見圖2）。

3 前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控報文開發(fā)

3.1 A320前輪滑偏主要原因

A320前輪滑偏的主要原因有跑道地面因素、側(cè)風(fēng)、剎車不一致、前輪磨損不均、前起轉(zhuǎn)彎機(jī)械機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)等。其中，跑道不平、側(cè)風(fēng)、前輪磨損不均等不可預(yù)測的因素會隨著機(jī)場變更、天氣變化、輪胎定期維護(hù)而自動消失。但由轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)原因影響的滑偏，則是一個長期趨勢的積累，本文主要對此原因?qū)е碌那拜嗈D(zhuǎn)彎滑偏進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)防，基于A320轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)工作原理，提出一種前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控報文開發(fā)思路，該思路通過對比位置角度傳感器和指令傳感器之間的差值，可以監(jiān)控到BSCU輸出信號和轉(zhuǎn)彎作動器作動狀態(tài)。

3.2 基于ACARS的前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控報文

ACARS是現(xiàn)代民航飛機(jī)的一種空地數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，不但可以進(jìn)行艙單、OOOI、飛機(jī)位置等數(shù)據(jù)的傳輸，還可以將飛機(jī)上各個部件的工作參數(shù)實時下傳到維修控制中心?；贏CARS系統(tǒng)的報文是航空公司的一種預(yù)防性維修手段，通過對比排故記錄，可以找出前輪轉(zhuǎn)彎滑偏時傳感器的工作狀態(tài)，為前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控ACARS報文提供了一個有效方法。

采取ACARS報文可以做到準(zhǔn)確更新數(shù)據(jù)、實時發(fā)送到維修控制中心，對于前輪轉(zhuǎn)彎故障導(dǎo)致的沖出跑道、占用跑道等事故征候做到及時發(fā)現(xiàn)、及時響應(yīng)、快速處置。

3.3 報文邏輯建立

1）邏輯設(shè)定

邏輯建模是在以往多次返航備降事件的基礎(chǔ)上，通過分析相同的案例，確定3GC、4DC作為關(guān)鍵參數(shù)。在地面滑行和空中放起落架后一定時間預(yù)設(shè)3GC和4GC之間的差值，在一定時間后對此差值預(yù)設(shè)門檻值，超出門檻值時生成報文，通過ACARS系統(tǒng)實時下傳到地面；同時，對影響前輪轉(zhuǎn)彎的液壓油系統(tǒng)也進(jìn)行監(jiān)控，低于警戒值的也下傳到地面。地面處理平臺對下傳的報文二次優(yōu)化，將真實報警傳遞到維修控制中心（見圖3）。

2）邏輯偏差和修正

使用3GC和4GC之間的差值，雖然理論上可以監(jiān)控到前輪滑偏，但通過使用MSAP系統(tǒng)大數(shù)據(jù)篩選，對比2018年以來某航300多架A320飛機(jī)的數(shù)據(jù)，反映過前輪轉(zhuǎn)彎滑偏采取排故的維修記錄和差值數(shù)據(jù)吻合的不足10%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)測性維修所具備的百分比。分析其原因，認(rèn)為主要是由于FDIMU的數(shù)據(jù)來源與BSCU一致，均是接收來自指令角度3GC和位置反饋角度4GC數(shù)值，當(dāng)其中任一數(shù)值發(fā)生偏差時，F(xiàn)DIMU和BSCU都無法感知是傳感器的偏差還是飛機(jī)前輪物理角度的偏差，誤認(rèn)為前輪角度為真實位置，從而使BSCU輸出偏差指令導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎滑偏。A320機(jī)隊大部分的滑偏都是這種情況，排故主要是調(diào)節(jié)3GC、4GC阻值。導(dǎo)致計算機(jī)無法識別的根本原因是地面沒有機(jī)械零位參照點，這也是地面排故反復(fù)持續(xù)較長時間的原因。

根據(jù)前輪轉(zhuǎn)彎工作原理，在空中時前起落架收上，靠內(nèi)部壓力通過定中凸輪將前輪固定在機(jī)械中立位，此時可以認(rèn)為前輪轉(zhuǎn)彎在機(jī)械零位。起落架放下并鎖定后，BSCU立刻依次完成正常剎車、備用剎車和前輪轉(zhuǎn)彎操作測試。前輪轉(zhuǎn)彎操作測試分為5個步驟（見圖4），主起落架接地前一直保持第五步完成時的狀態(tài)，即BSCU一直輸出一個0°的控制指令，此時可以認(rèn)為前輪轉(zhuǎn)彎在控制零位。分別記錄前輪轉(zhuǎn)彎在機(jī)械零位和控制零位時的前輪角度（MSAP系統(tǒng)對應(yīng)NWS_WHEEL_ ANGLE參數(shù)），兩個數(shù)值的差值即可認(rèn)為是機(jī)械零位和控制零位的角度偏差?？罩星拜喍ㄖ性砗虰SCU測試步驟解決了地面滑行時FDIMU無法識別前輪物理零位的缺點，對比這個角度差值，可以反映出前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的真實偏差，特別是3GC、4GC的偏差，通過編寫ACMS報文達(dá)到監(jiān)控前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)的目的。

3）關(guān)鍵數(shù)據(jù)分析和驗證

利用MSAP系統(tǒng)，采集起落架手柄收上前20s和30s的NWS_WHEEL_ ANGLE作為機(jī)械零位時的前輪角度，采集起落架手柄收上后90s和100s的NWS_WHEEL_ANGLE作為控制零位時的前輪角度，得到2019年1月1日至2020年5月30日A320ceo機(jī)隊所有航班前輪角度差值，共計50多萬條航班數(shù)據(jù)。對所有這些前輪角度差值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)3GC和4GC會改變機(jī)械零位時的NWS_WHEEL_ ANGLE，更換6GC或者6GC伺服活門會改變控制零位時的NWS_WHEEL_ ANGLE。由于MSAP系統(tǒng)數(shù)據(jù)有缺失和算法并不完善，導(dǎo)致存在一部分不正確數(shù)據(jù)，篩選角度差在1～2和-2～-1之間的航班（正負(fù)僅表示左偏或者右偏），共計3121個航班，集中在B6926、B6375、B9943等飛機(jī)（見圖5）。

對比圖5和表2數(shù)據(jù)可以看出，前輪轉(zhuǎn)彎指令零位和機(jī)械零位之間偏差是前輪轉(zhuǎn)彎滑偏的一個重要因素。實際案例也驗證了大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，支持了以上報文邏輯的正確性。

4）報文格式

報文分為四個部分：報文及基本信息、輔助參數(shù)、觸發(fā)代碼及關(guān)鍵參數(shù)。報文和基本信息用于地面平臺獲取時的機(jī)號、時間及類別識別；輔助參數(shù)部分用于觸發(fā)報文后幫助工程師判斷是否有其他關(guān)聯(lián)系統(tǒng)原因；觸發(fā)代碼用于界定滑偏由哪些部件引起；關(guān)鍵參數(shù)幫助工程師進(jìn)一步分析故障發(fā)生時哪個部件最有可能性能降低。報文格式可參考圖6。

4 報文的實際使用

目前，基于ACARS的A320前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控報文已安裝到某航300多架飛機(jī)上，個別飛機(jī)已監(jiān)控到前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)發(fā)生了偏移。2020年8月5日，B8566飛機(jī)觸發(fā)前輪轉(zhuǎn)彎監(jiān)控報文，角度偏差為1.8°，通過詢問機(jī)組，反映轉(zhuǎn)彎稍有偏差，航后檢查前輪磨損不一致，更換兩個前輪，后續(xù)報文監(jiān)控顯示角度差值變?yōu)?.3°，見圖7。

利用大數(shù)據(jù)分析，通過捕捉故障發(fā)生前的關(guān)鍵參數(shù)變化規(guī)律，科學(xué)建模，開發(fā)前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控的ACMS報文，可以很好地預(yù)防A320機(jī)隊普遍存在的、機(jī)組反映頻率較高的前輪轉(zhuǎn)彎滑偏問題。

作者簡介

郭忠斌，工程師，主要從事空客飛機(jī)技術(shù)支援與運行控制工作。