通用航空飞机机载电子设备故障检测方法探讨

2018-01-30秦逸

中国设备工程 2018年22期

秦逸

（中国民用航空飞行学院，四川广汉 618300）

通用航空飞机机载电子设备较多，如静压系统、灯光照明系统、GPS接收机、ADF自动定向机系统、警告系统等。现阶段，飞机飞行对其设备的依赖性也越来越大；只有飞机机载电子设备各功能正常，才能确保飞机顺利完成飞行。因此，定期进行故障检测尤为重要；由于通用航空飞机机载电子设备检测流程繁杂、人力资源投入大，使得故障检测效率不高。基于这一条件下，找到高效、科学的故障检测方法显得尤为关键。

1 通用航空飞机机载电子设备故障类型

引起飞机机载电子设备故障的因素有很多，例如：工作环境、系统结构、规范操作、运行时间等。对此，笔者结合功能影响、故障频率、危险性、故障原因对航空飞机机载电子设备故障分类。通用航空飞机机载电子设备故障可以分为，硬件设备故障、软件故障、系统异常。

1.1 硬件设备故障

因为某种影响因素导致设备物理电子元件受损而无法顺利运行，比如在对CESSNA172飞机试车通电时的机组无通讯声音。对此，对GIA1与GIA2交换从而找到故障位置，如是组成问题应更换GIA构件。若故障仍然未得到解决，则需考虑是否音频异常问题，及时更换GMA构件。

1.2 软件故障问题

通用航空飞机机载电子设备运行时软件故障也是有可能的，比如CESSNA172飞机试车通电时，机组显示预警信息：PED1 CONFIG—PFD1 configuration error.Config service req'd的信息，表示G1000系统检测到PED构型不匹配。为此，应首先断开电源并持续供电3次，检查故障问题是否仍然存在。如果存在使用SD卡重新构型，系统页组构型装载按压UPDT CFG软式按钮展开软件与构型装载，显示正常。

1.3 系统异常故障

电子设备综合了电子信息分布式机构，若为系统层次偏差则会对电子设备系统构成威胁。例如CESSNA172飞机中，GRS77AHRS为姿态、航向、基准构件，为PFD、MFD、GIA63d集成电子元件提供飞行性能。另外，GRS77AHRS与GDC74A飞行数据处理器、GMU44地磁仪相互影响，生成导航系统。发生故障信息AHRS TAS—AHRS not receiving airspeed异常是否与GRS77S没有接收到空速信息有关，应及时检测RRS/GDC内部链接状态。

1.4 逻辑故障

通用航空飞机机载电子设备逻辑构件操作错误、输入与输出不配就会出现异常故障。不过，逻辑故障不经常出现，通常集中于设计、更换过程发生故障问题。

2 通用航空飞机机载电子设备故障判断

2.1 专家检测判断

专家检测判断多是专家结合实践经验做出分析，根据以往成功经验进行总结且结合故障研究，从而确定故障电子设备。这种检测方法有着过程简单、效率高的特点。在通用航空飞机机载电子设备诊断中较为常见，也是应用较多的方法，但要求专家对通用航空飞机机载电子设备有很深的了解以及丰富的故障判断经验。

2.2 典型故障分析

该种方法主要是基于案例分析，总结维修检测经验，从而推理出对通用航空飞机机载电子设备故障的检测方法。这种方法是对已经出现故障搜集其特征，便于故障总结。案例搜索为故障查找提供了便利条件，结合故障特点制定维修方案，例如CESSNA172、PA44—180飞机，通过对电子设备故障总结、分类进行故障排除，构建故障统计分析库，便于故障问题相近时能提供依据。

2.3 故障逻辑分析

该种方法主要是通过故障现象，结合飞机结构原理以及电子设备的构型，分析产生故障的原因。这种检测方法需要对飞机电子设备的构型及各部件之间的关系有很深的了解，通过不同的逻辑关系制定出不同的检测判断方案。通过故障逻辑分析查找出故障电子设备。这种方法在通用航空飞机机载电子设备越来越集成化的发展中，会更多的使用到。

3 基于电磁信号故障诊断方法

设备故障诊断技术综合了多个学科知识，电子电路故障诊断技术即是结合对电子电路的可及节点与其它信息的检测，判断设备状态确认故障元器件位置与可能出现的故障。伴随着电子信息技术的进步，设备结构尤为繁杂，自动化与集成化程度较高，各设备之间紧密结合、相互作用。同时，故障设备也会出现连锁反应、停机甚至更加严重的后果，对现代设备系统稳定性、可靠性要求严格。

对原有故障诊断技术信息资源不足，经过搜集飞机机舱尤其是机头位置的电磁信号，利用电场与磁场探头、高速数据搜集卡、频谱分析仪获得机头位置的电磁环境，与飞机顺利运行的电磁环境对比，对航空电子设备展开故障分析。

3.1 研究内容分析

分析紧密的机舱内部尤其是机头电子设备排列较为紧密的部分，电子设备运行中的电磁耦合导致的传导与辐射干扰的场空间排列特点与幅度、频谱特点。其内容分为以下几点：第一，航电设备机柜辐射发射、电源分配系统的传导噪音、辐射、传导干扰机理。第二，机舱大小、结构、机舱中航电设备安装位置、有关总线布线。第三，机舱中航电设备屏蔽、连接等抗干扰方法应用。第四，机舱中航电设备电磁干扰分析环节。第五，机舱中高优先级的电磁干扰及其制约电磁干扰的方法。第六，电磁信号的电磁干扰故障诊断与预测分析。

3.2 核心问题分析

由于舱内的电磁场都来自不同电磁源共同影响结果，若无法获得舱内电磁环境就无法获得舱内航电设备具体条件、对航电设备的抑制。因此，应找到高优先级电磁影响异常且找到出现的原因。各电磁干扰异常和系统的航电设备有着直接联系，不同航电设备自身都为干扰源，不过其作用大小有着明显差别。基于操作上分析，想要逐个分析干扰源具有较大困难，只要协调好干扰源问题就可以确保系统达到电磁兼容要求。

3.3 拟采用技术路线

因为电磁影响是一种瞬态问题研究，拟采取时域有限差分法在系统的电磁条件下建模、分析。电磁场问题最佳要求为负荷Maxwell方程准确回答，但是仅有部分几何形状与结构简单问题才会得到解析。关于实际应用时的电磁场需求，想要通过封闭形式解析有较大困难，可以通过唯有数值方法。

上世纪末，电子计算机技术得到了快速发展，有关电磁场问题的数值计算得到了重视与应用。其中时域有限差分方法将带有时间变量的Maxwell旋度方程转成差分方程；同时模拟了电磁脉冲和理想导体作用的时域响应。现如今这种方法趋于成熟，FDTD方法特点优势集中体现于几点：第一，直接时域计算。FDTD将不同类别问题作为初值问题解决，保证电磁波时域特点全面呈现。若要求提供频域信息，仅对时域信息展开Fourier转换即可。第二，适用广泛。因为FDTD方法根本目标是总结电磁场普遍规律的Maxwell方程，所以只要设计有关空间点数值就能够模拟不同繁杂的电磁结构。第三，伴随着计算机技术的广泛应用，系统处理技术也得到了提高并提升了计算速度。FDTD计算特征为各网格点的电场仅和四周相近网格点的磁场场值相连，从而更加适用于并行计算。目前，FDTD已经得到了重视，还能够对复杂边界环境下电磁场排列计算的案例提供参考。