BIT技术在航空发动机数字电子控制器上的应用

张玉宝

摘 要：航空发动机是飞机的心脏，其安全性和可靠性与飞机的安全密不可分。航空发动机的电子控制器是最重要的航空电子设备之一，近年来已逐渐成为人们关注的焦点之一。本文著重分析了BIT技术在发动机数控系统中的数字式电子控制器的应用，如何通过先进的BIT技术来保障航空发动机控制系统的可靠性，并将航空发动机的健康管理技术同数字电子控制器的BIT技术有机结合起来，成为当前业界的一个新课题。着力研究电子控制器、传感器、执行机构及发动机系统的故障检测方法，规范BIT电路、检测算法和程序，并发展新型高效的检测技术和BIT有效性评价技术是非常有意义的。

关键词：航空;发动机;数字;电子

BIT技术是指系统或设备内部提供的检测和隔离故障的自动测试。它通过附加在系统内的硬件和软件周期性或连续性地在线监控系统的运行状态并进行故障检测，是提高电子系统可测试性，进而提高系统工作可靠性、减少系统维护费用的关键技术。电子控制器作为现代航空发动机全权限数字电子控制系统的核心，它的主要作用是对发动机和控制系统的各重要参数进行采集，按一定的控制规律和控制算法进行运算并发出控制信号，控制相关的执行机构，从而控制发动机的状态。电子控制器按功能可：恪其分为：输入模块、控制模块、输出模块、电源模块以及切换保护模块。

一、BIT技术简介

BIT是指将生物技术（BT）和信息技术（IT）结合的新模式，这样的组合将在未来的医疗领域上产生革命性的影响，以信息技术为驱动力的研究正引发生物技术领域的巨大变革，将彻底改变人们对健康的看法与治疗疾病的方式，是系统和设备内部提供的检测、隔离故障的自动测试能力，是复杂系统或设备整体设计、分系统设计、状态监测、故障诊断和维修决策等方面的关键共性技术，同时也是改善装备系统或设备测试性与诊断能力的重要手段。传统的液压控制系统实现控制规律算法主要依靠凸轮的空间曲面来完成，而这个空间曲面构型制造比较困难，因而液压控制系统控制精度不高。数字电子控制器一般安装于发动机的附件机匣上，工作环境恶劣，而对可靠性要求极高。相对于一般电子设备的BIT，航空发动机数字电子控制器的BIT具有其特殊性，不仅要完成电子控制器内部电路模块的故障检测，还要负责控制系统中传感器和执行机构的故障检测，并参与控制系统的重构。BIT技术最早由大型航空公司和军工企业发起，并逐步制定了ARINC604、ARINC624等设计规范。为了减少机载设备维修时间、降低维修费用，大型航空公司成功地将先进的BIT技术应用到他们生产的飞机中。笔者针对航空发动机数字电子控制器BlT的特殊性，研究电子控制器、传感器、执行机构及发动机系统的故障检测方法，规范BIT电路、检测算法和程序，并发展新型高效的检测技术和BIT有效性评价技术是非常有意义的。

二、BIT技术在航空发动机数字电子控制器上的应用

（一）有效解决故障。 随着飞机和发动机性能要求的不断提高，对发动机控制系统的功能、计算能力、响应速度、控制精度等都提出了更加严格的要求，从而使控制系统从原来比较简单的液压机械式，逐步向以微处理器为中心的全权限数字电子控制技术发展。航空发动机电子控制器的故障类型很多，如果其BIT设计只是基于经验而不是基于确定的故障模式，我们就无法全面比较不同BIT设计方法的故障检测覆盖率，也很难精确描述某项BIT检测、定位、隔离故障的效率，从而无法找出最有效的BIT设计方法。可快速故障诊断，减少故障检测时间，提高检测效率;减少人为诱发的故障;减少测试维修人员的数量和降低技术等级的要求。减少保障设备、通用测试设备等的要求;通过多层分布式设计，可以对系统、模块、芯片级实施测试、检测和故障诊断。BIT能够检测隐蔽故障，提高系统的任务可靠度。故障模式建立是对系统失效情况详细描述的程式化处理，是进行有效测试的第一步。故障模式中的故障是对某种抽象结构层次（如门级、功能级等）上失效行为的描述，具有类似失效行为的故障可归为一个故障类。故障模式则是一系列可表示所有可能发生的失效行为的故障或故障类的集合。由BIT技术与模糊诊断技术及其开发软件应用实验中，该诊断技术能够快速迅捷完成航空器相关故障成因与症候判断，为航空器维修提供技术平台与支持，在对航空器航电系统和发动机系统进行诊断达到设计要求。因此，将BIT用于装备数字电子控制系统，有效地避免异常的发生，提高控制系统运行的可靠性。

（二）状态监测。BIT技术简化了装备控制系统地面测试时需要将设备上所有被测信号通过众多的测试电缆引到地面来检测的繁琐，同时使地面测试设备变得不再庞大、复杂，缩短了装备测试前的准备工作时间，满足了操作人员对装备快速响应的要求。以BIT为主的故障检测框架结构基础上，提出了一种以模型解析余度、硬件余度、软件监控以及回绕检测等BIT结合的故障检测方法。完成了检测算法结构设计、功能配置与逻辑分析。在实验样机环境下通过典型故障条件下的功能与性能测试，验证了设计结果的正确性与有效性。许多在役动力装置也提出了将液压机械式控制器改造为全权限数字电子控制器的需求。而制约FADEC技术得以广泛应用的一个关键问题就是可靠性。合理利用BIT技术，可以有效地保证电子控制器的可靠性，同时可以增强控制系统的可维护性。然而，由于缺少BIT的设计规范和验证体系，所设计的BIT故障检测覆盖率不高，而且BIT本身的可靠性得不到验证，这些问题都影响了BIT技术在工程中的应用。

（三）维修决策。BIT技术是系统、设备内部提供的检测、隔离故障的自动测试能力，是复杂系统或设备整体设计、分系统设计、状态监测、故障诊断和维修决策等方面的关键共性技术。该技术把诊断过程中获取的装备控制系统故障模式、故障原因以故障树的形式组织起来，并通过对该故障树进行定性分析，得出故障树的最小割集，并将原故障树在最小割集的基础上简化，最后把相关的概念、事实以及它们之间的关系知识按关系模式表的结构组织起来，生成诊断知识库。在装备控制系统的故障诊断中。发动机的所有状态参数都要通过传感器采集将各种物理量转换为电信号，然后再经过信号调理电路进行调理，才能被控制器CPU采集处理。电子控制器、传感器、执行机构及发动机系统的故障检测方法，规范BIT电路、检测算法和程序等。为复杂装备全寿命周期数据集成提供高效的工业大数据管理方案，打通复杂装备从设计、制造、运用、维修到报废全寿命周期数据通道，并可动态适应装备技术状态变更，为构建“数据驱动”的智能运维新模式提供高质量的数据基础。

三、结束语

航空飞行器的安全性一直是业界的热点话题，如今针对航空发动机的健康管理技术也成为研究热点。如何通过先进的机内自测试BIT技术来保障航空发动机控制系统的可靠性，并将航空发动机的健康管理技术同数字电子控制器的BIT技术有机结合起来，成为当前业界的一个新课题。航空发动机维修工作面广、工种复杂、专业性强、安全责任重大，是与现代高新技术共同进步的新型技术领域，近年来已逐渐成为人们关注的焦点之一。目前BIT的发展新趋势主要有：智能BIT、综合诊断和预测与健康管理（PHM）等。BIT智能化主要解决了传统BIT在最优设计、信息获取、分析处理、综合决策等方面的不足，提高了整机故障诊断能力，降低了系统虚警率，它是实现装备自主维修以及维修智能化的重要手段，在保证航空发动机完好性、提高维修效率、节约维护费用等方面起着重要的作用。

参考文献

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