飞机航空电子设备故障类型与诊断技术研究

尚浩，刘美山

（中国飞行试验研究院，陕西西安，710089）

0 引言

飞机航空电子设备的保养和故障诊断对于航空系统的安全、稳定运行具有重要作用，一般航空飞机上机载电子设备种类较全，如GPS接收机、灯光照明系统、警告系统等。如今，飞机航空电子系统的功能不断增加，电子设备的故障定位与诊断越来越复杂。在飞行前和飞行中，要定期对飞机进行故障诊断，时刻保障航空电子设备各项功能的正常运行。对飞机航空电子设备进行完整的检测需要花费较大力气，为提高故障诊断技术，研究出更加科学、高效、全面的故障诊断技术显得尤为重要[1]。

1 航空电子设备故障类型

虽然航空电子系统复杂繁琐，但是其电子设备的故障类型大致可以分为三类，主要包括航空电源设备故障、自动检测设备的故障以及计算机控制系统的故障。

1.1 航空电源设备故障

电气零件和组成常见于飞机航空设备中的每个模块，其使用频率很高，因此电气故障已经成为飞机航空设备中较为常见的故障类型。大型、复杂的飞机航空电子系统的运行需要强大的电源供给与支持，如果电源在使用过程中出现了电源顺时过载或者瞬间短路，会造成严重的电源设备故障，危及飞机航空系统的安全。稳压电源中具备稳压芯片，其发挥着重要的作用，因此在对航空电源设备故障进行排查时，首先检测调节电压芯片，再逐一排查其他元器件的故障。航空电源设备线路图，如图1所示。

图1 航空电源设备线路图

1.2 自动检测设备的故障

在整个智能化、自动化的飞机航空电子结构中，自动测试装置是完成飞行必不可少的组成因素。如果自动检测设备出现故障，例如，呈现出了板卡形式，那么很容易出现接触不正确或者板卡连接失败的错误现象。飞机航空电子设备需要严格保护其核心电路，多采用封装的制作方式，当自动检测设备产生故障时，这种电子设备制作方式一定程度上限制了对其中相关模块的快速、精确定位[2]。

1.3 计算机控制系统故障

通过计算机可识别的编程语言实现对飞机航空计算机系统的控制，计算机控制系统是一项综合的智能控制系统，但也会有故障的时候，通常会因为出现了乱码和随机代码，导致信号或指令的错误传达与执行，造成计算机控制系统的故障。其中信号处理系统出现故障通常会导致随机代码的出现；显示控制系统出现故障会造成内容错误的现象。在计算机控制系统中需要数字信号和模拟信号之间的转变，当系统出现故障，这一过程就无法正常运行；通过定期检测DA装置来避免乱码的产生，以保证飞机航空计算机控制系统的正常运行，同时也要注意检查线路连接是否通畅,做好航空电子设备后勤管理、保养以及维修工作。

2 飞机航空电子设备故障诊断技术分析

2.1 电子电路故障诊断

2.1.1 数字电路故障诊断方法

在飞机航空电子设备中，数字电路设备的正常运行至关重要，但所有的电子元器件都有使用寿命和可靠性问题，因此，元器件、电路以及设备都有可能出现各种故障问题，首先对数字电路设备进行故障的模型化，将常见故障进行归类，以便于准确定位与诊断电路中出现的故障，主要分为固定型故障、桥接故障以及暂态故障。对此，可采用测试码生成法和伪穷举测试法进行这些故障的诊断。利用测试码生成法对数字电路的故障进行全面检查，并结合布尔差分法和D算法得出相应测试码，进行可靠、准确的故障定位。另一种，伪穷举测试法，是将数字电路先按照一定方法进行合理划分，对划分以后的每一部分电路进行穷举测试，这样减少了不必要的测试数，提高了故障诊断效率[3]。

2.1.2 模拟电路故障诊断

（1）测前模拟法。飞机航空电子设备的故障检测中常用到测前模拟法，这一故障检测模式的原理相当于对应着字典找故障，工作过程为：在计算机平台上进行仿真，此仿真要能够良好应用到实际模拟电路上。记录并对比测前模拟和被测电路施加时的相关数据和特征,依据数据和特征进行模拟电路故障的查找。

（2）测后模拟法。测后是指测量以后，相比于测前模拟法，此方法更偏向于故障分析法，此工作过程为先按照测量后得到的数据信息模拟出相应电路，利用故障证实技术和参数识别技术对这个模拟电路进行故障分析。故障证实技术：根据以往的经验或者相关现象首先猜测模拟电路中故障和导致数据出现误差的原因，之后进行测量验证猜测。如果猜测被证实，则表明此处确实出现故障，进行切除即可，因为电路系统趋于复杂，可能同时出现多种电路缺陷，对大量的单个功能缺陷以及组合缺陷进行逐一猜测和故障证实，显然工作量是非常大的，这时要用到电路切割法，将电路进行有效分级，再对每一级的电路分别进行排查诊断，减少工作量，提高故障诊断效率。另一种是参数识别技术，需要有拓扑结构、输入激励以及得到的输出响应，根据这三个条件就可得到此网络的所有相关参数，根据参数的公差进行检索识别，进一步查找计算参数公差边界，就能够完成对网络错误元素的识别[4]。

2.2 电子设备故障诊断

飞机航空电子设备的快速、精准故障诊断是减少飞机航空事业损失的重要保障。电子设备的故障诊断技术也在不断的研发与应用,目前采用较多的故障诊断技术，例如基于解析模型的方法、基于信号处理的方法、基于知识故障的诊断方法。

（1）基于解析模型的方法。此方法可以实现对飞机航空电子设备故障的动态化诊断，对诊断对象建立精准的数学模型，对模型进行测量比较时，着重检测与比较模型能够传达的信息和其中的可测量数据，对此进行深入的分析和整理，完成基于解析模型的飞机航空电子设备故障诊断[5]。

（2）基于信号处理的方法。与上一种故障诊断方法相比，信号处理方法不用对诊断对象建立精准的数学模型，虽然一定程度上使得不少的故障诊断不确定因素被忽略，但有减小了故障诊断方法施行的难度。对信号模型和相关频谱、波形特征、信号频率变化进行分析和测量，可以得到关键的测量信号，最终检测到电子设备的误差和故障。

(3)基于知识故障诊断。这种故障诊断方法也不用专门对被测对象建立完善的数学模型，专家系统故障诊断是其主要诊断技术。通过信息技术和相应硬件设备收集被诊断对象的数据信息，按照设备运行原理和设计原则等进行推理，同时以各种应用软件程序进行辅助，在软件程序应用过程中，借助用户反馈的信息或者主动对用户进行调查，以快速、全面地找到飞机航空电子设备所存在的故障和错误，全面排查以后由用户确认。在现实的飞机航空电子设备故障诊断中，用时更少、诊断更全面、诊断更精确是人们不断努力的目标，尽量结合实际的故障情况，选择具有针对性的故障检测步骤和诊断方法，进行故障信息的综合分析和充分利用。故障诊断方专家系统结构的组成如图2所示。

图2 故障诊断专家系统结构图

由图可知，数据库功能所处的位置表明了其重要作用，在整个故障诊断专家系统内，数据库监测数据要做到实时更新，数据库单独的诊断图，如图3所示。

图3 数据库诊断图

图2中的知识规则库，其中保留了故障诊断专家系统的内容和运行环境，专家系统应用的原则反映了此系统的前后因果关系，在故障预测和推理方面发挥重要作用，因此知识库是专家系统应用中的重要工具。人机接口指的是人类和专家系统之间的信息交流通道，承接重要的信息交接作用[6]。

图2中的推理机，在一定的规则下，充分利用结合数据库和知识规则库所获得的数据，进行故障和错误的诊断，得出结果。推理机是故障诊断专家系统中必不可少的组织结构。飞机航空电子设备故障诊断专家系统的主要应用作用是借助故障诊断专家的丰富诊断经验和海量知识储备，对飞机航空电子化学设备、计算机控制系统以及机械系统等组成进行专业的故障诊断。

3 结语

在飞机航空电子设备故障诊断过程中，先进、全面、可靠的故障诊断技术在飞机航空电子设备的运行与维护中发挥着重要推动作用。飞机航空电源设备、计算机控制系统及自动监测设备等较为复杂，很容易发生故障，对电子电路进行模拟电路诊断、数字电路故障诊断，对电子设备进行基于信号处理、基于解析模型和基于知识故障诊断的方法，有效保障飞机航空电子设备的故障诊断效果，以保证飞机航空电子设备的正常运行。