项国辉，刘鹏，张磊

（1.驻320厂军事代表室，江西南昌330024;2.中航工业洪都，江西南昌330024）

飞参在飞机故障诊断中的应用

项国辉1，刘鹏1，张磊2

（1.驻320厂军事代表室，江西南昌330024;2.中航工业洪都，江西南昌330024）

飞参数据记录了飞机全机各系统的飞行状态参数。本文通过对飞机故障诊断技术发展的需求及趋势分析，阐述了飞参数据对飞机故障诊断支撑的作用，并介绍了基于飞参数据在飞机故障诊断中的流程与方法。分析结果表明，结合融合数据库对飞参数据进行综合处理诊断，可对潜在的飞机故障进行预测，以提高飞机可靠性，提升飞机飞行安全。

飞参系统；故障诊断；融合数据库；数据采集处理

0 引言

随着飞机系统复杂化、智能化程度的提高和功能的扩展，飞机故障模式和失效原因越来越复杂。飞机一旦发生故障或事故，往往会带来重大的经济损失和人员伤亡。在飞机各系统、零部件出现故障之前，通过监控其相应的性能参数判断该系统或零部件是否有故障或者有故障发生的可能性，进而对其进行故障预测、判断其故障原因、分析故障发生的概率和危害程度，能够显著提高飞机整体的可靠性、安全性。

飞行参数采集记录系统（简称飞参系统）是采集、记录飞行过程中飞行通讯数据、飞机姿态信息、飞机各系统运行状态参数的一种机载电子设备，飞行结束后，将存储在记录介质上的数据下载，对飞行过程重现，可用于飞机状态监测、飞行训练评估及飞机事故分析。

飞行参数是任何一架飞机必装的设备之一，利用飞机的飞参数据，对飞机各系统、零部件的状态进行监控分析并对可能发生的故障进行预测和诊断，不仅是飞参功能的进一步深化和拓展，对飞行安全也有重要意义。

1 飞机故障诊断的发展趋势

飞机故障诊断是对飞机关键系统或零部件的技术状态进行状态感知、故障预测评估、维修决策支持的综合诊断、预测及保障管理技术[1]。故障诊断允许在产品或系统的真实应用条件下，对其可靠性进行评估[2]，确定故障性质、故障部位及故障起因。飞机故障诊断是飞机各系统BIT自检测的进一步发展，是未来飞机各系统、零部件综合管理与预测发展的必然趋势[3]。近年来，伴随着飞机系统越来越复杂和可靠性安全性要求越来越高，飞机故障诊断技术已经由学术研究阶段进入工程应用阶段，被视为新一代飞机航电系统的一项关键技术，成为行业内的研究热点之一。

飞机故障诊断系统分为机载故障诊断系统和地面故障诊断维护系统两部分。机载故障诊断主要包括实时数据采集、实时数据处理、实时故障预测、实时故障决策四部分；地面故障诊断维护系统主要用于飞行事后维护，对记录的飞行数据重现并进行分析，与过去记录的数据对比，找出数据异常情况，对设备零部件维修更换提供建议，侧重于地面维修决策[4-7]。

目前，飞机的故障诊断基本上都是结合人工智能理论和方法，利用计算机模拟人类专家对故障进行识别、诊断，以知识处理为核心，将知识处理、信号处理与数学建模相结合，借助复杂结构模型的计算和智能推理评估系统完成飞机或系统的功能状态评估，主流的预测方法有累积损伤预测法、故障征兆预测法、故障预警预测法、神经网络分析法、小波变换分析法、模糊系统分析法、模式识别分析法等，这些数学模型需要有大量的飞行使用数据作为支撑[8-10]。飞机故障诊断基本流程如图1所示。

图1 故障诊断基本流程

2 飞参与飞机故障诊断的联系

随着数字采集监测、数据总线、微处理器、超大规模集成电路等高新技术的广泛应用，飞参系统的采集处理能力大大提高，飞参系统除了应用于飞行事故处理外，逐步成为飞机维护管理体系的一部分。飞参已经由传统的数据采集记录功能拓展至数据处理领域。如国内某些飞参功能除了具备参数采集功能外，还具备对飞机设备故障或状态的告警提示功能，通过飞参预置触发告警的逻辑条件，以听觉、视觉和触觉告警等形式对飞行员提示告警信息，供飞行员决策。另外，还有些飞机将飞参采集功能和数据加载预处理功能合二为一，融合后设备的名称更换为综合数据处理机。这些发展趋势充分体现了飞参数据对飞机安全的重要作用。

通过对飞参采集数据的实时分析和处理，可以动态掌握飞机的飞行状态，监控飞行状态和各系统部件的性能和使用情况，及时发现飞机各系统及其零部件潜在的故障，减少飞行事故发生的概率。建立基于飞参系统的故障诊断系统，可以将飞参系统的记录数据作为诊断决策单元的输入，由决策诊断单元对异常飞行数据诊断分析，给出异常参数可能导致的故障及其排除故障的建议方法。

3 飞参对飞机故障诊断的决策支持

3.1融合数据库的建立

融合数据库的基本数据（图2）来自于历史维修数据、飞机技术资料、飞机设计极限阈值包线、排故经验数据、故障案例库、故障诊断策略及飞机使用维修技术等，将这些基础数据进行融合，建立一套适合于计算机识别诊断的融合数据库，可作为故障诊断的基础数据库。

融合数据库中的故障案例应包括各种事故征兆的情况描述、处理办法、产生的效果和其他相关信息，历史维修数据和飞机设计技术资料应该经过专家的审阅和审定，以一种明确的故障诊断方式和格式进行存储。在飞机使用和维修过程中，融合数据库需不断更新和维护。

3.2飞参数据的采集处理

图2 融合数据库基础数据来源

飞参系统对涉及飞行安全和飞机状态的各种离散量参数、模拟量参数、总线数字信号参数等进行采集，这些参数可以分为位置参数、运动参数、操纵参数、主系统状态参数及报警参数等。随着飞机传感器的发展，智能传感器和智能蒙皮的出现，飞参系统获取数据将更加全面。飞参系统应能保存一定时间间隔内的飞行数据，便于飞机关键系统或零部件状态参数在时间上横向对比，以发现参数状态或趋势发生的变化，进而对设备零部件的故障征兆进行判断。

飞参系统对于采集的参数应进行一定的预处理，比如对于超过限定范围的飞行参数，应该对该超限参数及其超限范围进行记录；对于随时间变化的参数，应可记录参数随时间变化的曲线，并可按照时间序列分析进行归纳。

3.3 故障诊断与预测

该过程需要飞参系统增加数据处理、故障预测及故障决策诊断模块，将该模块集成至飞参系统内，由统一的主控模块对飞参数据采集、数据传输、数据处理进行调度和控制，实现飞参数据的应用。

系统根据飞参采集监测的数据与融合数据库的比较判断、包线拟合、知识推理、评估分析和预测计算，确定被检测的系统、子系统和零部件的性能是否发生退化，是否可能发生故障，是否需要更换维修，运用数据分析、数据处理与融合、故障诊断与趋势预测等技术手段，计算出每种故障发生的概率。对于机载故障诊断应能给飞行员提供决策支持，对于地面故障诊断维护系统，应能给地面维护人员提供维修方案建议，给出剩余使用寿命预计和健康趋势预计。

4 结语

飞参系统以其客观、准确的数据为飞机安全、飞行数据评估、飞机状态分析、飞机事故鉴定发挥着重要作用。随着航空技术的发展，飞参记录的数据越来越全面，越来越丰富，对于这些数据的深度融合和处理，对飞行与飞机安全至关重要。飞参不应该仅仅局限于数据采集、记录和简单的数据处理，飞参的核心应该是数据融合和处理，是对所采集的各种参数的深度挖掘和处理。将飞参系统扩展为综合数据处理与故障诊断系统是飞机航电总体架构的一种思路。

运用数据挖掘技术对大量的飞行数据进行分析，自动寻找出飞行数据中对飞机故障诊断有价值的信息。利用基于推理的智能故障诊断技术对对飞机零部件进行故障推理判断，完成对飞机运行质量、飞机故障发展趋势的评估，将有利于提升部队快速响应能力及战斗力。

图3 故障诊断与预测过程

[1]姜兴旺，景博，张劼，等．综合飞行器故障预测与健康管理系统研究[J]．航空维修与工程，2008，(5)：37-40．

[2]Pecht M G．Prognostics and Health Management of Electronic[M]．SUA:John Wiley&Sons,2008.1-133．

[3]杨军祥，田泽，李成文，等.新一代航空电子故障预测与健康管理系统综述[J]．计算机测量与控制，2014，22(4)，972-978．

[4]张宏涛，王仲生.飞机电气系统故障诊断技术新进展[J]．航空制造技术，2012，22，66-69．

[5]唐有才,周凯，邹刚.航空装备故障诊断的基本策略与方法[J]．江苏航空，2012，3，41-42．

[6]高峰,周胜名，曲建岭.基于飞参数据的航空发动机故障预报研究[J]．测控技术，2011，30(5)，115-117．

[7]周虹.民用飞机故障诊断与故障风险评估的TMSDG方法研究[D].博士学位论文.南京航空航天大学,2013.

[8]梁建海,孙秀霞,杜军.基于数据挖掘的飞行参数处理方法研究[J]．弹箭与制导学报，2005，25(1)，76-79．

[9]俞凯，徐志兵，郝顺义.新型飞机的故障诊断维修体系研究[J]．现代电子技术，2013，36(23)，9-15．

[10]崔建国，张杰，陈希成，等.信息融合在飞行器智能健康诊断中的应用[J]．数据采集与处理，2012，27(2)，236-240．

>>>作者简介

项国辉，男，工程师，1979年9月出生，2003年毕业于空军工程大学，现从事空军装备质量监督工作。

Application of Flight Data Recorder in Diagnosis of Aircraft Failure

Xiang Guohui1,Liu Peng1,Zhang Lei2

（1.Military Representative Room in 320 Factory,Nanchang,Jiangxi,330024; 2.AVIC-HONGDU,Nanchang,Jiangxi,330024)）

FDR(Flight data recorder)records flight state parameters of each aircraft system.According to analysis on development demand and trend of aircraft failure diagnosis technology,the paper introduces the function of FDR data in diagnosing aircraft failure and procedures as well as methods of aircraft failure diagnosis based on FDR data. The analysis result shows that the integrated diagnosis on FDR data can forecast potential aircraft failure and improve reliability of aircraft and flight safety by combining with the blended data base.

FDR system;Failure diagnosis;Blended data base;Data acquisition disposition

2016-10-09）