民用飞机生产现场电源系统故障诊断方法

吴英

摘 要：在民用飞机的生产过程中（主要是地面机上功能试验），电源系统故障是否能快速、准确、规范的诊断和关闭，将直接影响飞机的生产进度，甚至延误交付。本文介绍在生产现场电源系统故障的排故要求和方法，对工程管理人员和联络工程师均有一定的指导作用。

关键词：民用飞机 生产现场 电源系统 故障诊断

中图分类号：FP368 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（c）-0010-02

Abstract：During the process of producing civil aircraft（On the Aircraft Test Procedure）， Whether the electric power system fault can be quickly， accurately and properly diagnosed and closed will directly affect the production schedule and even delay delivery of the aircraft. This paper introduces the diagnosis requirements and methods of power system failure in production field， and has certain guiding function for engineering management staff and liaison engineers.

Key Words：Civil aircraft； Production field； Electric power system； Fault diagnosis

20世紀70年代，以解析冗余为主导的故障诊断技术首先在美国发展起来。麻省理工学院Beard的工作标志着故障诊断技术的诞生。他在其博士论文里提出了用解析冗余替代硬件冗余，并使用系统自组织，使系统达到闭环稳定，然后通过比较观测器的输出得出系统故障信息。80年代初期，故障诊断技术的研究在国内逐渐展开。近年来，系统的故障检测和诊断越来越受到控制界的高度重视[1]。

从国内外的研究成果和资料来看，关于故障诊断技术的研究已经发展到比较深入和成熟的阶段，理论成果不胜枚举。但是，与理论研究的遍地开花相比，在工程中、尤其是民用飞机生产现场的应用亟待加强。

1 电源系统的组成及功用

民用飞机电源系统是被比作飞机的“血液”，是飞机上主要系统之一，是现代航空安全的必要保证。飞机电源系统是将航空发动机所产生的机械能转化成各种形式的电能，供机上所有机电系统和电子设备使用。飞机电源系统一般包括主电源系统、辅助电源系统、备份电源系统、应急电源系统和二次电源系统等。另外，在采用电传操纵系统的飞机上，为满足飞行控制系统供电的高可靠性要求，还设置了专用电源系统。从历史上看，飞机上先后采用过的电源系统有低压直流（LVDC）电源系统，高压直流电源系统（HVDC），变频交流电源系统，恒速恒频（CSCF）电源系统以及变速恒（VSVF）电源系统[2]。随着科学技术不断地发展进步，飞机的性能日益提高，人们对飞机电源系统的认识也在逐步发生变化。20世纪40年代之前，飞机大多采用直流电源系统，额定电压也由6V、12V，逐渐变为28.5V。随着飞机上用电设备量的增加，20世纪40年代后期，主电源的位置逐渐由直流电源变为交流电源。现在的大中型民用飞机上普遍采用恒速恒频的交流电源系统。这类系统经过50多年的发展，制造技术也相对比较成熟[3]。

2 电源系统故障诊断的基本要求

生产过程中电源系统的故障，一般是在全机线束导通或者地面机上功能试验的过程中发现的。发现故障的功能试验，可能是电源系统，也可能是和电源交联的通信、导航、飞控等系统。所有故障诊断方法的提出都是为了提高故障的判断准确率、降低误报和漏报，并推理出故障发生的顺序和位置，并预估故障的影响大小。所以故障的排除要求主要有：故障复现、定位准确、机理清楚、措施有效、考虑交联[4]。在生产试验过程中，出现故障特征时，工程技术人员不能盲目的抓住某一个特征点去分析，然后简单粗放的依据经验或者片面的分析去制定故障排除措施，而是应该按照要求逐步开展故障排除。科学有效的排故方式，就是在丰富的专业知识储备和实战经验的基础上，依然严格按照规定程序执行，才能杜绝排故过程的不规范，为快速、准确、规范的排除故障打下坚实的基础。

依据笔者多年在现场的工作经验，在生产现场，电源系统的排故主要遵循（但不限于）以下几点要求：

（1）故障重现。当生产现场向工程技术人员报告故障时，要确保故障能重现。故障重现时，工程技术人员要在场确认试验的每一个环节是否按照程序执行。避免因为试验前提条件不满足而产生“假故障”导致劳心劳力且影响生产进度。

（2）定位故障源。由于电源系统比较复杂且交联系统较多，当指示记录系统显示电源系统故障或者操作人员报告电源系统故障后，工程技术人员要在故障能够重现的基础上进行分析，定位故障位置或者范围，减小后续排故的工作量。

（3）机理清楚。依据故障特征和功能实现的逻辑，梳理出故障产生的机理，以便画出因果图或者故障树，有利于排故方案的制定。

（4）措施有效。在上述分析的基础上，制定切实可行且有效的故障排除措施，而不是“缓兵之计”，从根本上解决问题，并尽量杜绝此类问题的发生。

（5）考虑交联。因为电源系统向全机用电设备供电，所以从故障重现开始，就要考虑交联系统。把交联系统对故障可能的影响以及排故措施对交联系统是否有影响都考虑进去。

3 电源系统故障排除方法

电源系统的故障诊断方法多种多样，但是在民机生产现场电源故障的排除时常用到的主要有：相似对比试验、因果图、逻辑图、故障树等。但是在生产现场会根据实际情况综合分析从而选取最合适高效的排除方法。下面详细介绍一下常用的方法：endprint

（1）相似对比试验。生产过程中的故障不同于航线运营飞机的故障排除，生产中的有些故障可能只是因为试验的前提条件没有满足、工装本身没有调到对应模式以及接触件接触不良等，所以，在电源系统故障时，一般会对比一下相似通道或者设备的试验结果。相似对比试验是指两套结构和功能相同的系统或者子系统，其中一个出现故障时用另一个的试验结果来做对比，或者是对调部件，看故障是否会转移，比较容易查出故障源。比如，一侧通道供电出问题时，会对比试验一下另外一侧通道的供电情况。相似对比试验在生产现场电源系统的故障排除中使用非常普遍。

（2）因果图法。因果图法即因果分析图，又叫特性要因图、石川图或鱼翅图，它是由日本东京大学教授石川馨提出的一种通过带箭头的线，将质量问题与原因之间的关系表示出来，是分析影响产品质量的诸因素之间关系的一种工具。因果图法一般用来描述多个输入条件组合的测试方法，最早用于软件测试。使用时根据输入条件的组合、约束关系和输出条件的因果关系，分析输入条件的各种组合情况，从而设计测试用例的方法，它适合于检查程序输入条件涉及的各种组合情况。因果图法一般和判定表结合使用，通过映射同时发生相互影响的多个输入来确定判定条件。因果图法最终生成的就是判定表，它适合于检查程序输入条件的各种组合情况。采用因果图法能帮助我们按照一定的步骤选择一组高效的测试用例，同时，还能指出程序规范中存在什么问题，鉴别和制作因果图。

因果图法用于电源系统故障诊断，比较适合用于分析故障重现时的初始条件是否满足、故障定位和交联系统的分析。

（3）故障树分析（FTA）方法。故障树分析（Fault Tree Analysis，简称FTA）又称事故树分析，它采用逻辑的方法，形象地进行危险的分析工作，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，可以做定性分析，也可以做定量分析。体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性，是安全系统工程中最重要的分析方法。事故树分析从一个可能的事故开始，自上而下、一层层的寻找顶事件的直接原因和间接原因事件，直到基本原因事件，并用逻辑图把这些事件之间的逻辑关系表达出来。适合用于故障原因分析和措施制定。

（4）矩阵图法。矩阵图法，是利用数学上矩阵的形式表示因素間的相互关系，从中探索问题所在并得出解决问题的设想。它是进行多元思考，分析问题的方法。矩阵图法就是从多维问题的事件中，找出成对的因素，排列成矩阵图，然后根据矩阵图来分析问题，确定关键点的方法，它是一种通过多因素综合思考，探索问题的好方法。在复杂的质量问题中，往往存在许多成对的质量因素，将这些成对因素找出来，分别排列成行和列，其交点就是其相互关联的程度，在此基础上再找出存在的问题及问题的形态，从而找到解决问题的思路[5]。

（5）专家系统。专家系统是指能以人类专家级水平进行故障诊断的智能计算机程序，一般由五部分组成：知识库、推理机、数据库、解释程序和知识获取程序。因其诊断水平高、诊断效率高，因而应用范围广。民用飞机生产现场电源系统的故障具有复杂性，但也具有重复性，有些类似故障也会重复出现，有一定的经验积累，有使用专家诊断系统的基础。今后的诊断专家系统也是一个重要的发展方向。

4 结语

本文主要介绍了在民用飞机的生产现场电源系统故障排除的要求和常用方法，并提出了自己的观点，对民用飞机生产现场的管理人员和联络工程师的工作有一定的指导作用。

与数量众多的故障排除方法相比，故障诊断技术在工程中的实际应用成果非常不足。工业和只能化都迅速发展的今天，故障诊断系统在工业装置上实际运行的还不多。作为工程技术人员，我们还需继续做出努力，将故障诊断技术转化推广到实际的生产应用中去。

参考文献

[1] 黄茜汀.飞机电源系统的建模与仿真研究[D].西北工业大学，2007.

[2] 吴丹.基于VR的飞机电源系统故障仿真技术研究[D].南京航空航天大学，2004.

[3] 陈显调.民机试飞过程系统故障的排故要求和方法[J].民用飞机设计与研究，2015，4（119）：88-90.

[4] 戴卫力，王慧贞，严仰光，等.航空发动机/发电系统的发展趋势与研究现状[J].航空科学技术，2010（5）：28-32.

[5] 周天祥.通俗易懂的QCC方法-矩阵图法[J].中国质量，2003（12）：59.endprint