飞机燃油系统故障诊断研究

姜伟华

摘 要：随着航空技术的发展以及人们对安全飞行的重视，飞机燃油系统的可靠性要求越来越高，先进的故障检测与诊断技术成为保证飞机燃油系统可靠性的有效手段。本文通过总结飞机燃油系统常见的典型故障，提出几种有效地故障诊断技术，结合燃油系统对技术进行详细分析。

关键词：燃油系统；故障诊断；专家系统；小波分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.049

1 引言

飞机燃油系统在能否达到适航取证条件，保证安全飞行，发挥好飞机本身的性能方面扮演着重要角色。随着科技的发展，飞机燃油系统变得日趋复杂，致使人们对它工作的可靠性也有了更加严格的要求，故障检测与诊断技术实现燃油系统可靠性的必要手段。

飞机燃油系统概括来讲主要具有储存燃油、调节重心、可靠供油以及冷却介质的功能。除了燃油箱外还包括以下分系统：供油系统、加油/抽油系统、燃油箱通气系统、测量及指示系统和空中应急放油系统[1]。

2 飞机燃油系统常见故障

燃油系统的常见故障可分成两种不同的形式：一种是系统级故障，另一种形式是元件级故障[2]。

2.1 系统级故障

系统级故障主要是发生于油箱及加油、输油管路中的故障形式。

（1）燃油泄漏。燃油箱的主要故障形式是燃油泄漏故障，渗漏一般有四个等级划分，即：微漏，渗漏，严重渗漏及连续滴漏。在行系统中，我国普遍采用测量其渗漏直径的英寸数（简称in）来划分渗漏等级。

（2）机翼油箱或副油箱慢输油、不输油或异常进油故障。除了燃油的泄漏，机翼油箱及副油箱的输油正常与否也是极其重要，比如在飞行中的不输油或者慢输油，在地面加油时出现的进油异常的故障，都对飞机的性能影响巨大。

（3）燃油管磨穿故障。燃油管路因长时间使用而产生的磨损故障。燃油管上有很多固定卡子支架，为的是对管路进行固定防止松动，在进行这项措施的时候也为故障埋下了隐患，即：燃油管固定卡子支架转角处断裂使得燃油管磨穿，造成故障。

（4）增压空气系统漏气。造成漏气的主要原因有：试验用的螺帽堵塞、没有切实拧紧堵好；冲压活门不密封；副油箱冲压活门上的夹布胶管老化或固定卡箍松动；系统内的导管接头松动，导管和喇叭口处有砂眼、裂纹等；副油箱增压安全活门不密封；机身油箱冲压管的对接处密封胶圈损坏。

2.2 元件级故障

元件级故障主要是一些由于操作性机件发生的机械故障。

（1）交流泵、直流泵。故障形式主要有电压高、油泵反转、油泵油尽、油泵转子脱落。

（2）油位传感器。故障形式主要有开路故障、短路故障、冲击故障、漂移故障、偏置故障。

（3）压力加油控制活门。故障形式主要是无法打开或无法关闭。

3 飞机燃油系统故障诊断方法

燃油系统故障诊断是鉴别飞机燃油设备状态是否正常，进行故障定位与故障隔离的主要手段。不同的机型适合不同的诊断方法，不同的诊断方法适用对象及条件都会有所不同，下面将对几种故障诊断方法做出研究。

3.1 专家系统诊断法

专家系统是一种智能的计算机程序，并使用知识和推理过程，求解需要运用专家知识才能得出的一些高难度问题，其工作载体是计算机。此方法可以通过计算机帮助人们更好的分析和运用数据，使计算机程序具有了像人一样的思维能力。

（1）专家系统工作原理。专家系统包括知识库、推理机、综合数据库、知识获取系统、解释子系统、人机接口。其工作原理主要是在故障诊断阶段，根据用户过程的需要，将知识库的征兆信息传递给推理机，推理机然后根据征兆信息在全局数据库中搜索结果，若得不到结果则还需要用户将更多的征兆信息传送给推理机，根据进一步的信息判断故障问题并通过人机接口反馈给用户。此外，知识获取系统则是担当了在知识库创建和维护阶段，存放领域专家的知识的功能；而解释子系统则可以根据已有的数据库信息对诊断结果以及用户提出的一些诊断问题作出合理的解释[3]。

（2）专家系统在飞机燃油系统中的应用。知识的获取，即：了解飞机燃油系统的常见故障形式及其故障特点，要首先对飞机燃油系统有一个大概的了解，广泛收集常见的故障形式，建立故障树并且对故障模式、影响进行分析，能够提供故障依据。与此同时，要熟知飞机燃油系统中常发生的大概率故障，并向维修专家或者燃油系统的设计人员请教经验，最终将这些知识进行整理、归纳，形成数据库。

故障判断，即：将飞机燃油系统出现的故障形式从人机接口输入推理机，以正向和逆向两种方式对故障进行推理，直至得出可靠的故障类型、确定故障具体位置为止[4]。

3.2 小波分析法

小波分析法与专家系统诊断法有很大的不同，其针对性更高，是比较理想的信号处理方法，此方法主要是面向飞机燃油系统中的传感器进行故障诊断，传感器控制着飞机燃油系统的工作状态，因而对传感器进行检测也是相当有必要的。

（1）小波分析法工作原理。小波分析法有连续型和离散型两种变换形式，其诊断依据来自于半物理仿真试验整合的数据，并借助MatLab软件进行分析，由于小波分析法具有多分辨分析的特点，对传感器的信号突变比较敏感，从而确定突变的强弱，并对这强弱做出判断，据此确定故障位置和严重程度[5]。

小波分析法对传感器故障诊断的流程如图1所示，从图中可以看到，要对传感器进行诊断，起初先要将数据输出到小波变换中进行一维离散分解，紧接着将离散后的细节系数进行重建并降噪处理，通过计算得出第一层的细节系数的极大值，依次来找寻突变点，这样一来就可以通过公式倒推出这个突变点发生的时间点，依据具体情况就可得到故障类型，如若想知道故障发生的强弱大小只需对极值进行分析即可，为防遗漏可以在此基础上将极大值剔除，然后再回归起点另寻其他突变点，直至将所有突变点找到[6]。endprint

（2）小波分析法在燃油系统中的应用。小波分析法主要应用于传感器故障诊断中。传感器在飞机燃油系统中大量应用，如油位传感器，它在飞机燃油系统中举足轻重，其正常的工作才能保证油位测量的准确无误，为飞行员飞行驾驶提供参考数据，如若出现偏差其危害可见一斑。因此要对其进行故障检测，小波分析法的重要性就显现出来了，可以将油位传感器的数据依照流程图逐步进行处理，通过找寻到的系数极大值来确定故障严重程度，并能通过实际情况得到油位传感器的故障类型，最终做出排故处理。通过查询，油位传感器故障类型有：偏置故障、冲击故障、漂移故障、短路故障。

3.3 神经网络诊断法

人工神经网络是在现代神经生理学和心理学的基础上形成的交叉科学，采用并行式计算方法来模拟人脑的结构和功能，具有鲜明的层次性，很适合处理并行信息。飞机燃油系统的结构层次性就像人的神经系统一样层次鲜明，故障表现也具有层次性。

故障的层次性决定着诊断的层次性，以某大型运输机为诊断模型，建立层次分类诊断模型。在这模型中将燃油系统分成四个层次：第一层是主系统层，即运输机的四个发动机；第二层是次主系统层，即组成燃油系统的几个分系统（加油、输油、供油、测量四大分系统）；第三层是分系统层，即不同的油箱类别；第四层是故障分类层，即第三层可能存在的一些故障类型[7]。

根据建立好的燃油系统层次分类诊断模型实施故障诊断，首先是要将各个子系统的神经网络模型建立好，将这些子系统分好类划分成多个子空间，并将这些部分独立开来进行训练，待训练完成可当店系统的测量信号逐层进行故障诊断，由顶层开始逐步推向底层，直至找寻到故障源头。

3.4 其他诊断方法简介

除了以上所述三种诊断方法外，在机务工作中还有其他的一些常用诊断方法[8]，如：

（1）基于手册的故障诊断方法。每种机型航空公司都配备了维修手册，通过将故障的表现形式判断故障所属系统，快速进行故障定位，通过维修手册相关文件进行逐项排查，直至将故障找出，此法是机务维修人员的常用方法，便捷可靠。

（2）基于案例的故障诊断方法。此法主要是参考一些维修案例进行维修。

（3）基于参数机理的故障诊断方法。对表征故障状态的特征参数进行合理的检测，并利用适当的算法对已检测出来的特征参数进行分析，做出故障诊断。

4 小结

随着科技的不断进步，先进的材料和技术不断应用到飞机制造业，致使飞机燃油系统势必会朝着数字化、综合化、集成化和智能化方向发展，使得故障的种类和故障机理不断发生新的变化，从而对故障诊断方法提出了新的挑战，目前大多数的诊断方法还仅仅停留在理论研究范围，未来对故障诊断的研究应尽量使其具有一定的实用效果，更加智能化，提高机务人员的维修效率。

参考文献：

[1]宋静波编著.飞机构造基础[M].北京航空工业出版社，2004（02）.

[2]杨明.飞机燃油系统的故障分析及维护[J].黑龙江科技信息，2013（05）.

[3]龙浩，魏建顺，王新民，贾秋玲.基于专家系统的飞机燃油故障诊断方法研究[J].计算机测量与控制，2005，13（05）.

[4]龙浩，王新民.飞机燃油系统实时故障诊断专家系统研究[J].飞机设计，2006（02）.

[5]丁兆新.飞机燃油系统故障诊断方法分析[J].硅谷，2013（15）.

[6]乔亚琼，贾秋玲.飞机燃油系统传感器故障诊断方法研究[J].测控技术，2007，26（03）.

[7]龙浩，王新民.基于BP网络的飞机燃油系统故障诊断方法研究[N].北京联合大学学报（自然科学版），2007，21（01）.

[8]张驰，王昌昊.国产民航飞机燃油系统故障诊断方法研究[J].科海故事博览.科教创新，2012，389（08）.

江苏省高校自然基金面上项目（15KJB590001）endprint