已定型航空机电产品开展适航质量监督的思考

郑鹏举

【摘 要】随着航天系统复杂性与综合性、智能化程度的提高，对航空机电产品的维护与保障的成本不断提高，同时由于组成环节与影响因素的增加，航空机电产品发生故障的几率也越来越大。基于航空机电产品可靠、安全、经济方面考虑，故障预测与健康管理技术受到了越来越多的重视与应用。在国内外的航空机电产品检测技术中，故障预测与健康管理技术已经成为了核心的技术。该文主要介绍了故障预测与健康管理在航空机电产品中的发展情况，以航空机电产品为例对故障预测与健康管理技术进行了阐述与分析。希望通过对故障预测与健康管理技术现状的描述来为未来更加先进的航空机电产品故障预测与健康管理技術的发展提供参考与依据。

【关键词】航空；机电产品；故障预测与健康管理

故障预测与健康管理技术的作用是监控和预测系统完成其功能的状态，其中包括剩余寿命、故障预测等。相关的分析研究表明，故障预测与健康管理技术能够将维护的费用降低，提高系统或设备的完好、保证任务的成功。电子系统的故障预测与健康管理技术已经成为了国内外的研究热点。航空机电产品中也可以使用故障预测与健康管理技术，该文对其进行了探讨，希望为以后的航空机电产品的发展提供参考。

一、故障预测与健康管理技术概述

故障预测与健康管理（Prognostic and Health Management，简称PHM）中包含着连个方面的内容，一方面是健康，即与期望的正常性能状态相比较的性能下降程度或偏差程度；另一方面是预测，即以系统现在或者历史性能状态为依据，对部件或者系统的功能状态进行预测性的诊断。PHM技术的发展基础是传统的健康监控与故障诊断技术。系统与设备性能不断增加、变得更为复杂，再加上信息技术的飞速发展，PHM技术的发展历程可以归结为从开始的外部测试发展到机内测试，渐渐地发展成为一门独立的学科，随着综合诊断的提出与不断发展，PHM体系形成并得到了完善。

二、针对飞机典型部件的故障预测与健康管理系统建模

2.1 飞机辅助动力系统的辅助动力系统模型整体理念

辅助动力系统的性能衰减是飞机辅助动力系统的部件常见的物理故障。根据转速、排气温度、燃油流量等的改变导致的辅助动力系统可测参数的变化，就可以根据可测参数的变化来诊断相应的运行状态。比较完整的PHM建模过程是PHM的整个检测流程的模型建立，包括从传感器及数据采集模型、数据预处理模型、特征提取模型、健康状态预报模型与寿命预测与保障决策模型。

2.2 特征提取模型

近几年来，信息提取中使用最为广泛的是小波变换。小波变换能够细分与分离被测信号的不同频率成分，从而得到其中有用的频率成分，因此是一种较为有效的特征提取方法。在小波变换提取信号的过程中，能够根据被测信号的不同频率成分对信号的任意细常进行调节，提高信噪比与分辨率。

2.3 健康预测与诊断系统

健康预测与诊断系统的开发效率可以通过集成的方式来实现提高，使各模块的能力能够实现共享，辅助动力系统健康预测与诊断系统的各个模块与整个系统都能得到好处。辅助动力系统的健康预测与诊断系统在集成的形式之下成为一个整体对待，能够使系统满足不同的功能需求、配置活体系结构。采用全数字电子控制系统的辅助动力系统都是较为先进的，因此辅助动力系统的健康预测与诊断系统与数学电控系统之间有着非常密切的联系，两者需要的参数（如转子转速、排气温度、燃油流量等）大部分是相同的，有些功能（如传感器故障预测、超限检测等）也是都需要的。两者不同的地方在于，就超限检测而言，健康预测与诊断系统侧重于向机组和地勤人员告警，数字电控系统则是依据辅助动力系统的健康状况报告来改变控制的规律，将异常状态的影响进行降低，从而保证工作的安全。

2.4 健康状态预报与剩余寿命预测

健康状态预报与剩余寿命预测需要对被测对象的健康状况分类，以正常、性能下降、失效为标准来进行划分，通过特征提取的结果来进行状态的识别。按照故障的识别方式可以将辅助动力系统的故障分为基于模型的预测法、基于知识的预测法、基于数据的预测法等。其中基于模型的预测要以辅助动力系统的数学模型与部件失效模型为基础；基于知识的预测不需要精确的数学模型；基于数据的预测则数学模型与物理模型都不需要。

三、辅助动力系统的故障与寿命的预测过程

预测的过程主要的步骤为：第一步，在HMM的参数估计过程中得到状态转换估计；第二步，在HMM参数估计过程中得到状态周期的概率密度函数，通过该函数来计算平均值与偏差；第三步，从分类计算的结果中得出健康状态；第四步，设备的剩余使用寿命通过向后的迭代运算进行预测。

辅助动力健康预测与诊断要在辅助动力系统的设计、研制阶段中作为设计的特性来重视，将辅助动力系统的监视、诊断、预测从设计方面进行提高，实现辅助动力健康预测与诊断的效益最大化。

四、结语

故障预测和健康管理技术已经成为了国内外航空机电产品中状态维修与自主式保证的核心技术，成为了发展前途非常广泛的军民两用技术，具有可靠、保障、安全、降低费用等优势。故障预测和健康管理技术的开发、成熟与推广已经在欧美国家得到了重视，并有了较为显著的成效。

【参考文献】

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