外军战机综合故障诊断维修体系的应用与发展

　　摘要：本文详细介绍了综合故障诊断维修体系在外军作战飞机中的应用情况，并对综合故障诊断维修体系的发展趋势进行了系统分析。
　　关键词：故障诊断 维修体系
　　中图分类号：TH17文献标识码：A文章编号：1672-3791（2012）09（c）-0213-01
　　现代高技术局部战争表明，可靠性、维修性和保障性是提高武器装备战备完好性和快速出动能力的基础，也是武器装备形成战斗力的前提条件。综合故障诊断维修体系是实现武器装备可靠性、维修性和保障性的重要技术手段和发展方向。国外在新一代战机中广泛使用了综合故障诊断维修保障技术。
　　1 综合故障诊断维修体系在外军战机中的应用
　　美国B-1A飞机采用了机载中央综合测试系统（CITS），CITS是一个与飞机航空电子系统和非航空电子系统相连、但又完全独立的测试系统。它是通过一个机载数字计算机和一个存储的实时软件来对飞机实施测试，该系统具有下述能力：测试并检查飞机分系统在飞行中和地面上的性能；向机组人员显示故障分系统的使用模式；识别故障并将其隔离到故障的LRU（利用机载手段）；在尽可能不使用地面设备的情况下，为地面进行故障识别和隔离（LRU）提供测试数据和测试结果；记录故障及趋势数据并打印故障数据。为了完成上述功能，CITS可提供下述三种情况的信息：飞行中飞机的性能信息、地面时飞机的战备完好性信息和故障隔离信息[1]。
　　俄罗斯SU-37、SU-47飞机采用综合信息系统，使整个装备故障定位可达到单个的插件级。在飞行中发生故障时，综合信息系统的显示器将向飞行员提供有关故障和建议如何纠正的信息或指示下一步的操作，这些信息同时以语音形式给出。
　　“阵风”是21世纪法国海空军的主力战斗机，在可靠性、保障性、测试性、持续能力和机动部署能力等方面都进行了较大改进。“阵风”飞机上的所有系统都由集成在任务计算机中的状态监测系统（HMS）进行实时监控，可对故障进行精确的定位。该系统还对机体的部件进行单个跟踪，监控疲劳情况。这种独特而完全自动化的监控系统有助于缩短飞机的再次出动准备时间，便于排故和修理，大大减少对地面保障设备的需求。测试性目标要求可达到95%的故障检测率，并能检测所有安全关键的故障。
　　F-22是美国空军用以代替F-15的第四代战斗机，是美国21世纪空军的主战飞机。F-22采用机载综合诊断系统，具有广泛的机内检测（BIT）能力，如在发动机和机身上、航空电子系统中可分别产生15000个故障报告，诊断系统可以深入到外场可更换模块（单个的电路板）级确定故障。该系统还有各种机内检测传感器、故障过滤器和重要故障数据记录。通过故障过滤器，可以确定某个故障是否足够严重，需要向驾驶舱里的飞行员发出提示或警告。通过故障数据记录，使维修人员准确掌握部件何时失效。
　　F-35多用途联合攻击机（JSF）是美国国防部的最新战术飞机，和F-22一起构成21世纪的主战飞机。在JSF中全面引入飞机故障预测和完好状态管理系统，其基本思想就是采用先进的传感器技术、飞机实时故障监测和预测技术、多传感器数据融合技术等对飞机飞行过程中的故障和飞机状况进行实时监测和预报，对飞机剩余寿命进行预测；向地面实时传输记录的故障数据，实现地面的预测维修和后勤保障，即实现了故障诊断、维修和后勤保障的一体化。该系统可增加系统的安全性，减少寿命周期成本。在工业和武器装备领域，21世纪将是以先进的传感器技术和故障分析技术为基础的故障预测和完好状态管理系统的时代。JSF中综合诊断的目标是与现有攻击机相比，减少人力需求20%～40%，增加作战出动架次25%，减少后勤保障复杂度50%[2]。
　　2 外军战机综合故障诊断维修体系的发展趋势
　　综合外军作战飞机的故障诊断体系结构和技术，其发展趋势表现为以下几个方面。
　　（1）数字化。以计算机为中心的故障检测与诊断自动化，带来故障诊断和维修保障过程技术数据的数字化，可改善飞机装备的保障能力，缩短保障时间，提高新一代飞机装备的战备完好性，降低装备的使用和保障费用。如交互式电子技术手册（IETMS）的使用等。
　　（2）综合化。飞机设计、制造、故障诊断、维修和后勤保障过程信息的综合化，以及诊断、维修和后勤保障的综合化，可提高故障诊断的准确性和速度以及维修和后勤保障的效率，减少飞机的寿命周期成本。
　　（3）层次化。飞机故障诊断通过机载实时诊断、地面综合诊断相结合的层次结构来实现。机载实时诊断系统完成对飞机飞行过程中故障的实时检测、隔离和系统重构，为地面诊断提供初始诊断基础；地面诊断系统则根据各种信息对飞行中的可疑故障进行深层次的综合诊断，可提高故障诊断的准确度和速度，减少维修工作量和时间。
　　（4）网络化。利用当今快速发展的数字化通信、网络传输等信息技术来完善故障诊断、维护和后勤保障体系，已成为一条必由之路，如美国在JSF等新机中通过网络传输实现机载诊断和地面诊断、维修和后勤保障的综合，实现自治后勤系统等。
　　（5）仿真化。建模仿真与虚拟现实技术在故障诊断、维修保障领域的应用具有广阔的前景。它不仅可用于系统指标论证、方案权衡、分析与设计，还可用于系统的试验验证与评价，系统的使用培训等方面，从而大大提高设计与分析的精度、缩短研制周期、降低寿命周期费用。
　　（6）智能化。人工智能技术在各种武器装备的发展中得到了广泛应用，使各种系统具有在复杂状态下进行自动处理和推理以完成规定功能的能力，实现智能化。在新一代作战飞机的故障监测、诊断、容错与系统重构以及维修保障管理中大量使用包括模糊逻辑、神经网络、智能体、信息融合、数据挖掘等在内的人工智能技术，可提高故障诊断的速度和准确率以及维修保障的效率，其中智能传感器是重要基础[3]。
　　（7）小型化。美军在F-22以及JSF等新机中大量使用便携式诊断维修辅助设备（PMA），可进行诊断维修技术数据的存储、分析和显示，系统状态监测与预报，飞行计划数据的上传和飞行数据的下载，对故障隔离和维修过程进行指导，进行部件的查询和订购等。PMA是野战环境下飞机外场诊断维修的重要设备，在美国国防部的武器装备项目中得到广泛的应用。
　　参考文献
　　[1]杨君，等.装备智能故障诊断技术[M].国防工业出版社，2004，8.
　　[2]闻欣，等.控制系统的故障诊断和容错控制[M].北京：机械工业出版社，2005，7.
　　[3]王道萍，等.武器系统故障智能诊断理论与方法研究[M].石家庄：军械工程学院，2005，