更多更智能的传感器即将问世

Henry Canaday

飞机的状态健康监控可以提高维修效率、降低维修费用，而传感器是状态监控系统必不可少的一部分。未来航空系统中可能需要更多、不同类型的飞机传感器，传感器也将逐步具备更少的漂移、更长的寿命和更高的精度等优点

尽管近年来预测性维护和大数据的时代才刚刚开始，但新一代以及未来的飞机正在或即将通过大量的、更智能的传感器和监控系统获得大量数据。这些数据采集技术在发动机、大量飞机部件甚至在一些机体结构中都可能实现，其中发动机早已开始进行数据采集，而机体结构被认为是迄今为止最难监控的部件，亟待新型传感器连接、无线传输或直接传输到通信总线等技术走向成熟。

埃斯特莱集团公司（ Esterline）可以为包括发动机在内的多种飞机部件制造传感器，该公司认为发动机的监控环境最为复杂，因为发动机制造商正在通过增加压力和温度提高发动机燃油效率，而发动机传感器的一个重要研发目标是克服发动机不断增加的温度和压力，确保传感器能够在发动机热端部件区域可靠工作。通常的解决方案是采用独特的新材料和昂贵的合金材料。而且计划安装于新型飞机上的发动机还需要传感器为全权限数字发动机控制（ FADEC）系统的效率、安全性及可能的新架构提供支持。埃斯特莱集团公司预测，新的发动机传感器将具备“更少的漂移、更长的寿命和更高的精度”等卓越的性能，同时发动机制造商也希望获得一些“安装即忘记（fit-andforget）”的传感器，并将其应用到发动机维修期。减少漂移意味着减少传感器随时间推移性能下降的趋势。传感器的可靠精度可以保证发动机能够在最有效的条件下运行，不必担心性能退化而未被发现。

当前，在发动机热端区域的一些传感器每隔5～6年更换一次。航空公司希望这一时间间隔能够延长或传感器终身有效，也就是传感器装好后可一直使用直到发动机退役。

未来传感器

目前，无线传感器主要用于开发阶段的测试发动机上，因为在此期间有许多数据点需要收集记录。但未来为了减少传感器在发动机上的布线重量和空间，传感器将实现无线数据传输，即要求无线传感器能够自行收集能量或利用本地电源。此外，发动机在运转时会产生巨大的振动，因此传感器制造商也在考虑如何将发动机的这一振动转换为传感器的可用功率，不过这的确是一项挑战。

未来传感器的另一大变化可能是配装FADEC，FADEC要求传感器缩短连接线以节省空间。罗罗公司正在考虑将FADEC分成一些独立的部件，以减少连接传感器所需的布线数量。

埃斯特莱集团公司预测称，未来传感器还将拥有新用途。例如，传感器可以测量发动机涡轮叶片以及叶尖与机匣之间的间隙，以判断是否漏气以及发动机的效率。出于安全考虑，传感器可以测量涡轮叶尖的转动时间。因为转速或振动的变化可以标识出飞机存在的安全性风险，如鸟撞或遭到其他外来物损伤。同时随着各种多电飞机对电力的依赖性逐渐增加，未来还需要传感器对电池进行健康监测。

知名的传感器制造商美捷特集团（Meggitt）指出，未来航空系统中可能需要更多、不同类型的飞机传感器。如随着传感器中应用的光学和声表面波传感等新技术的增多，传感器将能够检测到许多新的参数。同时，未来电动飞机也将需要新型传感器来监控各种电机的性能。也就是说，未来的传感器系统将包括传统传感器、智能传感器、无线传感器以及新的传感技术。

目前，Meggitt正在与空客公司、德事隆公司合作开发无线轮胎压力监测系统，该系统可支持50米（164英尺）距离范围内的数据传输，使机械师不必在起落架周围爬行检查轮胎压力。

柯蒂斯怀特（Curtiss-Wright）生产用于发动机燃油控制系统、飞行控制系統和临界状态监控系统的传感器。目前，该公司正在开发更多用于安全、效率、环境和健康监控的传感器。最近，Curtiss-Wright推出了一套缝翼检测传感器，放置在单个缝翼上以提高精度。传感器通常与本地控制系统或数据集线器连接，然后与通信总线连接。在许多情况下，传感器最终可以直接与总线连接。Curtiss-Wright预计未来无线传感器将非常具有吸引力，特别是在试飞测试设备和非关键应用中。

机体传感器

健康监控的目标一直是监测飞机结构，不仅包括飞行中的机体结构，还包括地面的。例如，Structural Monitoring Systems公司的比较真空监测（CVM）法可以在停场时测试飞机结构的健康状况，取代了耗时的目视检查。

CVM是通过在特氟纶胶带上带黏性的一面蚀刻出通道，并在通道中装上弹性传感器的思路检测机体结构的。在检查过程中，将传感器中的通路抽成真空。如果被检测表明存在裂纹，通道则会漏气，设备将检测到漏气便可确定裂纹位置。CVM已被应用于铝结构，目前正在复合材料上进行测试。只要机械师将胶带黏在某个飞机结构表面，CVM都可以用于其监测，而且可改装适用，并且已被批准用于检查波音737翼盒段的健康状况。一家美国航空公司已经在其7架波音737飞机上安装了CVM胶带，且完成了120次检查。其他几家航空公司也正在对其进行评估。CVM已经被波音公司接受，被列为是一种可选的合规方法。因为采用CVM胶带可以在避免破坏地板或取出座位进行翼盒检查。CVM可以加快检查速度，在重检期间可为每架飞机节省15万美元的费用。

目前，Structural Monitoring Systems公司只为适航指令和服务公告所要求的检查提供CVM。从长远来看，该公司希望将CVM技术能够部署到飞机的常规检查中，并且最终被用于机上结构健康监测。Structural Monitoring Systems公司认为未来机体OEM可能会学会通过表面裂纹情况判断结构完整性，并会选择每500个飞行循环进行一次CVM测试，以确保部件的安全性。

CVM可以检测表面裂纹并测量其长度。但目前只有涡流检测可以检测到表面以下的裂纹。一些OEM认为，下一步可以考虑在新飞机的生产线上就安装CVM，这样更有利于做好飞机健康监控。

（李璇，编译自AW&ST 2018-7-10）