数字直升机状态监测能力持续扩展

（易坤，AW&SТ Inside MRO， 2017-9-29）

随着各类新一代直升机的OEM和运营商对预测性维修和维修任务优化的追求，HUMS（健康和使用监测系统）逐渐成为直升机“DNA”的一部分。而且可以预见，未来还将在更多监控领域发挥作用。

随着OEM厂商对数据获取以及新一代健康与使用监测系统（HUMS）的深入掌握和持续应用，越来越多的直升机运营商将会从直升机的售后维护方面获益。

直升机HUMS系统是采用多个传感器对直升机的发动机、尾翼、传动装置和主变速箱等关键部件进行持续性监测，以检查直升机的健康状况和运行性能。该系统生成的信息，能够帮助直升机拥有者或OEM进行维修决策，开展视情维修。

霍尼韦尔宇航公司（Honeywell Aerospace）负责HUMS系统产品市场的人士表示，HUMS系统的市场（包括线装市场和改装市场）主要集中于两类客户。

第一类主要针对在HUMS系统方面累积了丰富经验的军用直升机运营商。这些运营商对运营能力和产品功能要求较高，要求HUMS系统能够以更高的频率和更加复杂的算法进行更多的测量。

第二类主要针对的是“成本敏感型客户”，这些客户大多是民用直升机运营商。 尽管这类客户还没有感受到机载HUMS系统所能够带来的优势，但是他们渴望对直升机部件进行监测，尤其是对关键部件进行的监测。这也是HUMS系统的核心功能所在。与此同时，这类客户也要求HUMS系统具备飞行数据监测能力、带有更多云端或服务器集成的无线数据传输能力以及简单直观的用户界面。

为了满足这类客户的需求，霍尼韦尔宇航公司研发出了比传统HUMS系统体积更小、重量更轻、成本更低的一些HUMS系统，如便携式HUMS系统、低成本HUMS系统。这类系统能够对直升机主旋翼和尾翼的运行轨迹和平衡性进行选择性监控，但不需要对直升机进行改装或者申请补充型号认证（SТС）。但霍尼韦尔宇航公司认为未来“成本敏感型客户”最终也会青睐机载HUMS系统，因为机载HUMS系统能够以一定的频率对所有关键系统提供持续性监测，在分析数据的同时同步结构化数据。而便携式HUMS系统只能够在给定时间内抓拍到飞机的运行情况或完成定时定点测量，无法对生成的数据进行分析。

西科斯基飞机公司针对S-92直升机研发了一种调整部件到寿时限的方法，通过采用DAL B级软件的HUMS资料收集功能对部件到寿时限进行调整，最高能提升40%旋翼寿命期限。

总部位于美国俄勒冈州波特兰市的哥伦比亚直升机公司（Сolumbia Helicopters）自2010年起，就开始在哥伦比亚模型107（Сolumbia Model 107）上安装了霍尼韦尔VXP HUMS系统，之后又在另外3台哥伦比亚模型107上安装了该系统。不久之后，哥伦比亚直升机公司还将在其3台波音СH-47D上安装霍尼韦尔的现代信号处理单元（MSPU）HUMS系统，目前已获批准。该公司表示， 在采用HUMS系统前，由于无法掌握关键数据，所以通常需要花费好几周的时间进行飞行试验，而采用HUMS系统后，在正常情况下只需进行1～2次飞行试验即可确定主旋翼的正确运行轨迹和平衡性。因此采用这一系统节省了大量的维修活动。

目前直升机运营商代表、直升机OEM代表和其他运营商代表正在对UTC航空航天系统（UTC Aerospace Systems）的Pulse系统进行外场评估。

哥伦比亚直升机公司表示未来几年内还计划逐步实现对整架直升机进行实时诊断，以便开展预测性维修。因此该公司也在寻找符合这一要求的新一代系统，同时也希望新一代系统具备更好的数据分析能力。

西科斯基飞机公司认为，尽管人们当前重点关注的是HUMS系统的振动监测能力，但在过去十年形成的一种趋势是将HUMS系统的振动监测能力与来自航空数据记录仪的航电设备诊断数据/信息相结合。这样可以保证这种HUMS系统的尺寸更小、重量更轻。

2004年，西科斯基飞机公司首次将HUMS系统安装在S-92直升机上，当时采用了4台航电设备箱执行诊断和健康监控功能。之后，该公司又将HUMS系统装在“黑鹰”直升机UH-60M上，但当时只安装了一台航电设备箱就能够执行所有的诊断功能或HUMS功能。与此前安装在S-92上的航电设备箱相比，这台航空电子设备箱的尺寸和成本都有了大幅缩减。

这主要是因为随着HUMS系统在S-92A型直升机上的引进，OEM厂商对HUMS系统的数据采集功能进行了升级，使之能够从单个区域内收集到更多的数据。这种升级不仅可避免计划外维修中拆换部件，而且开辟了直升机部件检查和预测性诊断的新方法。

针对S-92直升机，西科斯基飞机公司研发出了一种运用HUMS系统DAL（软件质量发展保证水平）B级软件收集的数据调整部件到寿时限的新工艺。该工艺安全可靠，既可以降低维修成本，又可以延长直升机的寿命、降低运营成本。基于这一工艺，2014年美国联邦航空局（FAA）批准了西科斯基飞机公司提出的将S-92A型直升机主旋翼毂到寿时限调整为4900小时。

实践经验表明，部分S-92A主旋翼叶毂的到寿时限最高能延长40%。

西科斯基飞机公司还强调HUMS系统在直升机维修安全方面的优势远不止此，未来还应在直升机尾翼扭矩的监测等方面大有可为。因为目前在尾翼扭矩方面，OEM还没有真正掌握有价值的数据，所以一旦掌握便可在该领域开展更多的预测性维修。

直升机运营商认为目前出现的HUMS系统各不相同、各具优势。为满足各方需求，直升机运营商代表、固定翼OEM厂商和运营商代表正在对UТС航空航天系统研发的Pulse系统进行运行可行性评估，预计该系统将在2018年年中取得许可证。

UТС航空航天系统公司表示，Pulse系统的重量非常轻，航线可更换件的重量只有1磅。该系统的设计思路是在核心运行软件的基础上按照需求增加其他模块化应用层，如带有机械诊断功能的振动监测、应变监测和电流监测等应用层，以满足不同客户的个性化需求。该系统的主要优势是分布式体系结构。也就是说，添加这些模块化应用层并不需要开发其他重要的软件，因此可以使取证工作量降至最少，对取证过程影响也最小。

贝尔 525直升机采用的“飞行器集成健康监测系统” 已成为了贝尔525直升机的一部分“DNA”。该系统采集的数据可以传输给飞行员，并能够详细显示齿轮箱、传动轴、发动机、传动装置和其他动力部件等核心部件的健康状况。

除了对直升机本身，对直升机发动机的健康监测也正处于快速发展期。2015年年末，加拿大普惠公司PТ6С-67С涡轴发动机上安装的飞行数据采集、存储和传输（FASТ）监测系统获认证，该型发动机被装配在AW139直升机上。这也是FASТ监测系统首次用于直升机。

加普惠表示，FASТ监测系统是一个紧凑型集成生态系统，其核心功能是自动获取所有飞机和发动机的数据，并自动结构化以及安全传输数据。该系统与飞机总数据线串联工作，与无线连接WiFi、蜂窝地面系统进行了集成化。这是一种一揽子解决方案，它不要求用户建立单独的信息技术平台，以接收传送到OEM发动机数据分析中心的数据。由于FASТ监测系统具备丰富的数据挖掘能力，目前已成为HUMS系统中的明星产品 。

与此同时，FASТ监测系统还能够计算飞行中的关键载荷问题，如自动计算发动机的工作裕度。目前，FASТ监测系统已用于1200多台加普惠发动机，其中50多台加装了FASТ系统的PТ6С-67С涡轴发动机已用于AW139直升机。因此加普惠正在研究如何将FASТ监测系统用于其他直升机项目。

贝尔525直升机是贝尔直升机公司研发的一款新型的电传操纵、中型多任务民用直升机，预计于2018年年末完成取认证工作。在该型机中，“集成化健康监测系统”是不可缺少的一部分。

贝尔直升机公司认为，“飞行器集成健康监测系统”已成为贝尔525直升机的一部分“DNA”。为了使地面保障人员和飞行员能够监控到相同的信息，该公司还将贝尔525直升机的所有系统与地面卫星接收站保障服务系统进行了集成化。

而且在进行贝尔525直升机技术设计时，贝尔直升机公司着重于直升机集成化玻璃驾驶舱的研发。该驾驶舱能够将显示界面与所有被监测的系统软件内置的信号以及诊断结果结合起来，从而使飞行员和维修人员直接通过贝尔525中央计算机实时获取驾驶舱产生的情报信息。

贝尔直升机公司认为，预测性维修和优化维修活动是推动贝尔525直升机状态监测系统研发的主要动力。在过去，飞行员和维修人员只能在飞机着陆后通过下载信息才能够确定直升机的健康状况。而现在采用“飞行器集成化健康监测系统”后，各方人员都可实时获取更有力的数据，包括齿轮箱、传动轴、发动机、传动装置及其他动力部件等核心部件的具体健康状况以及历史运行趋势。

目前，所有贝尔直升机公司的在制品都配备了集成化健康监测系统，因此凡是在贝尔直升机公司注册的贝尔525直升机运营商都可以通过任何移动设备采用一个称为“MissionLink”的添加板（dashboard）访问任何相关数据。MissionLink是客户移动设备上的一种添加板，配有简单易用的数据登陆页。通过它，客户之间可以就飞机核心部件的性能状况、历史趋势、分析结果和具体健康状况进行充分交流。