飞机健康监测与预测系统的发展及展望
预测与健康管理(PHM)技术现状与发展
随着高科技的不断注入，现代装备的高集成化、高智能化以及分析处理问题的高效化日益增强，随之而来的系统的故障诊断、维修保障和可靠性越来越受到人们的高度重视。
目前世界上大部分装备的维护多以定期检查、事后维修为主，不仅耗费大量的人力和物力，而且效率低下。
PHM(Prognosties and Health Management)预测与健康管理技术是综合利用现代信息技术、人工智能技术的最新研究成果而提出的一种全新的管理健康状态的解决方案。
PHM系统未来一段时间内系统失效可能性以及采取适当维护措施的能力，一般具备故障检测与隔离、故障诊断、故障预测、健康管理和部件寿命追踪等能力。
PHM技术的发展过得去是人们自我学习和提升的过程，即从对设备的故障和失效的被动维护，到定期检修、主动预防，再到事先预测和综合规划管理。
美陆军早期装备直升机的健康与使用监测系统就是PHM最原始的形态。
20世纪60年代，由于航空航天领域极端复杂的环境和使用条件驱动了最初的可靠性理论、环境试验和系统试验能及质量方法的诞生。
随着宇航系统复杂性的增加，由设计不充分、制造误差、维修差错和非计划事件等各种原因导致故障的机率也在增加，迫使人们在70年代提出了航天器综合健康管理的概念来监视系统状态。
随着故障监测和维修技术的迅速发展，先后开发应用的有飞机状态监测系统、发动机监测系统、综合诊断预测系统以及海军的综合状态评估系统等。
随后出现的这些诊断故障原和检测状态的技术，最终带来了故障预测方法PHM的诞生。
上世纪末，随着美军重大项目F-35联合攻击机(JSF)项目的启动，正式把以上的故障预测和维修全面解决方案命名为预测与健康管理(PHM)系统，为PHM技术的诞生带来了契机。
PHM是JSF项目实现经济承受性、保障性和生存性目标的一个关键所在。
JSF的PHM系统是当前飞机上使用的(BIT)和状态监控的发展，这种发展的主要技术要素是从状态(健康)监控向状态(健康)管理的转变，这种转变引入了故障预测能力，借助这种能力从整个系统(平台)的角度来识别和管理故障的发性，其目的是减少维修人力物力、增加出动架次率以及实现自主式保障。
民用飞机系统的故障预测与健康管理系统设计
民用飞机系统的故障预测与健康管理系统设计摘要：目前，飞机系统的设计环境正面临复杂性、综合化、智能化等的挑战，对民用飞机系统的故障预测与健康管理系统的研究就显得极其重要，本文从故障预测与健康管理（phm）的内涵以及主要功能着手，提出了飞机phm系统的设计模型与注意事项。
关键词：飞机系统故障预测与健康管理故障诊断系统设计1 故障预测与健康管理（phm）系统的基本内涵预测与健康管理phm（prognosties and health management）技术的主要原理是利用先进的传感器技术对系统性能相关的参数进行捕获、收集、记录，然后将这些特征参数与期望的状态值进行对比，再使用智能算法和模型对所收集的数据和信息进行检测、分析、预测和调整，从而通过这一系列活动来确保整个系统或设备的工作状态运行良好。
一般具备如下功能[1]：故障检测、故障隔离、故障诊断、故障预测、健康管理和寿命追踪。
这类技术主要包括两个方面的内容：一是故障预测（prognostics），即提前对部件或系统工作的状态进行检测，及时对故障隐患进行检测预警，具体而言一般包括确定部件或者系统的剩余寿命或正常工作的时间长度。
二是健康管理（health management），这里所谓的健康是一个专业术语，phm系统中的健康指的是实际状态下的机器设备性能与理想正常性能状态之间的偏差程度，健康管理则指根据诊断或者预测所得到的结果，根据可用资源和使用需求对维修活动进行决策。
目前，phm技术已经被广泛应用于机械结构产品中，比如核电站设备、制动装置、发动机、传动装置等。
phm技术使得事后维修或定期维修策略发生了变化，而这种更方便更安全的转变能够为现实装备保障带来多方面功能的提升[2]：提供系统失效的高级告警；提供视情维护能力；能够为将来的设计、评估和系统分析获得历史数据及知识；通过维护周期的延长或及时的维修活动提高系统的可用性；通过缩减检查成本、故障时间和库存，降低全寿命周期的成本；减少间歇性故障和无故障发现的发生。
飞机健康管理系统技术参数
飞机健康管理系统技术参数摘要：一、引言二、飞机健康管理系统概述1.系统定义2.系统功能三、技术参数1.系统架构2.关键技术3.系统优势四、应用案例1.案例介绍2.应用效果五、结论正文：一、引言随着航空业的快速发展，飞机的安全性和可靠性成为了关注的焦点。
飞机健康管理系统作为一种实时监测和评估飞机运行状态的系统，在其中发挥着重要作用。
本文将介绍一种基于MAS（Multi-Agent System，多代理系统）的飞机健康管理专家系统，分析其技术参数和应用效果。
二、飞机健康管理系统概述1.系统定义飞机健康管理系统是一种通过实时收集、分析和处理飞机各系统运行数据，对飞机健康状况进行监测、诊断和预测的智能化系统。
2.系统功能飞机健康管理系统主要包括以下功能：（1）数据采集：收集飞机各系统的实时数据；（2）数据处理：对采集到的数据进行预处理和分析；（3）状态监测：实时监测飞机各系统的运行状态；（4）故障诊断：对飞机各系统进行故障诊断；（5）预测维护：根据历史数据和专家经验，预测飞机各系统的维护需求。
三、技术参数1.系统架构飞机健康管理系统采用三层Browser/Server体系结构，包括数据采集层、数据处理层和应用服务层。
2.关键技术（1）多代理技术：采用MAS架构，实现各代理之间的协同工作和通信；（2）案例推理技术：基于历史案例进行相似度计算，判断飞机系统状态；（3）规则推理技术：结合专家经验，对飞机系统进行不确定性推理；（4）智能优化算法：优化飞机维护计划，提高维护效率。
3.系统优势（1）实时性：实时监测飞机运行状态，提高飞行安全性；（2）智能化：基于案例和规则推理，实现飞机故障的智能诊断；（3）协同性：多代理之间协同工作，提高系统性能；（4）实用性：降低地面维护时间，延长飞机使用寿命。
四、应用案例1.案例介绍某航空公司采用基于MAS的飞机健康管理专家系统，对飞机进行实时监测和维护。
2.应用效果（1）减少地面维护时间：通过实时诊断和预测，避免无效维护，提高维护效率；（2）延长飞机使用寿命：及时发现和解决潜在故障，降低故障率，延长飞机使用寿命；（3）降低维修成本：优化维护计划，减少不必要的维修支出；（4）提高飞行安全性：实时监测飞机运行状态，降低飞行风险。
航空航天结构健康监测与故障预测研究
航空航天结构健康监测与故障预测研究随着现代航空航天工业的不断发展，人们对航空航天结构健康监测与故障预测研究的需求也日益增长。
航空航天结构健康监测与故障预测研究旨在提高航空航天系统的可靠性、安全性和效率，从而降低事故发生的风险。
本文将重点介绍航空航天结构健康监测与故障预测的基本概念、研究方法以及其在航空航天工业中的应用。
航空航天结构健康监测与故障预测是指利用传感器、监测设备和数据分析技术来实时监测航空航天结构的健康状况，并通过数据分析和建模来预测结构可能发生的故障或部件失效。
这种先进的监测与预测系统可以提前发现潜在的结构问题，从而有效地避免事故的发生，减少维修和更换成本。
在航空航天结构健康监测与故障预测的研究中，一项重要的内容是传感器技术的应用。
传感器的主要作用是实时监测结构的物理和机械性能，如温度、压力、应变等重要参数。
目前，常用的传感器包括应变传感器、加速度传感器、压力传感器等。
这些传感器可以将实时采集到的数据传输至数据采集系统，通过数据处理与分析得到结构的健康状态。
航空航天结构健康监测与故障预测的研究方法非常广泛，其中最常用的是基于数据分析和机器学习的方法。
数据分析技术旨在从大量采集到的数据中提取出有用的信息，通过统计分析和模式识别来辨别健康与故障状态。
机器学习技术则可以通过训练样本来构建预测模型，以便在未知数据上进行故障预测。
航空航天结构健康监测与故障预测在航空航天工业中具有广泛的应用前景。
首先，它可以提高飞机和火箭等航空器的安全性。
通过实时监测结构的健康状态，可以及时检测到潜在的结构问题，从而避免事故的发生。
其次，它可以降低维修和更换成本。
通过预测结构可能发生的故障或部件失效，可以制定更合理的维修计划和更有效的零部件更换策略，从而减少不必要的费用和时间成本。
此外，航空航天结构健康监测与故障预测还可以提高飞机和火箭的性能和效率。
通过实时监测和预测，可以对结构的耐久性和疲劳寿命进行评估，制定更合理的使用策略，从而最大程度地提高航空器的使用寿命和运行效率。
飞机结构健康监测技术综述
飞机结构健康监测技术综述飞机是一种非常重要的交通工具，它需要具备高速度、高高度、高强度、高可靠性等特点，并且需要满足各种恶劣环境的测试和性能，可以保证飞机运行的安全性和正常性，同时也可以适应现代社会的需求。
为了确保飞机的安全运行，减少意外事故的发生，飞机结构健康监测技术应运而生。
本文将从飞机结构健康监测技术的背景、基本原理、现状以及应用，进行综述。
1、背景：飞机结构健康监测技术是指对飞机的结构、系统和组件进行监测、识别、评估、预测和管理的技术。
它可以通过不同的传感器、测试数据、计算方法等获取支持，掌握飞机结构的实时状态，为飞机运营、维护和保养提供科学和精确的依据，同时也是飞机生产、设计和改进的关键环节。
飞机的结构是其性能和安全的重要指标，它们需要不断地接受工程师们的检测和监测，以便及时发现存在的缺陷和隐患，进行有效的修复和加固。
飞机的结构健康监测技术的发展，大大的提高了飞机运行的安全性和正常性、降低了事故发生的概率和风险。
2、基本原理：（1）传感器技术：传感器技术是基于无线电子技术、工业计量技术、材料科学和信息处理技术，并利用一系列的传感元件和电子仪器设备，对各种结构物的物理量进行测试、监测、安防和故障分析等处理，如应力、疲劳、温度、压力等多种参数。
（2）智能系统：智能系统是由智能传感器、控制器和信息处理单元等组成的管控网络系统。
它能够采集、分析和处理结构在各种复杂环境下的运行数据，并利用专业算法和数学模型进行分析，及时识别生产缺陷和结构异常，提供合理的预警和预测，并实现结构健康监测目标。
（3）数据处理：数据处理是结构健康监测技术的核心，它可以将大量的观测数据、实验数据、模拟模型产生的数据通过不同的算法处理，产生结构状态评估、损伤识别、故障预测和决策支持等信息，因而可以很好的帮助维修队及时认识和掌握飞机的实时状态，从而做出准确的维修计划，避免无谓的事件的发生。
3、现状：目前，飞机结构健康监测技术发展得非常迅速，已经成为飞行安全、使用性能提升的核心技术之一。
光纤传感在飞机结构健康监测中的应用进展和展望
光纤传感在飞机结构健康监测中的应用进展和展望作者：王文娟薛景锋张梦杰来源：《航空科学技术》2020年第07期摘要：由于波分复用可实现多点测量特点，光纤传感被期望用于飞机结构的实时监测。
飞机对重量（质量）极为敏感，光纤传感的应用可以极大程度上减少测量导线而达到减重的目的。
同时，光纤传感还具有抗电磁干扰、耐高温、抗疲劳、抗环境腐蚀的显著优势。
随着智能飞机结构的广泛应用，要求光纤传感更密集、更快、更小型。
基于飞行测试和相关应用经验，本文对当前研究进展进行回顾，并对未来发展进行展望。
关键词：光纤传感；结构健康监测；飞机；应用；展望中图分类号：V219文献标识码：ADOI：10.19452/j.issn1007-5453.2020.07.013结构维修占飞机维修60%以上的时间，结构寿命也决定了飞机的寿命，而且结构损伤呈现分布式、偶发性和难监测的特点，因此结构健康监测成为飞机预测与健康管理的重要方面[1]。
美国和欧盟持续发展了飞机结构健康监测技术，F-35飞机发展了预测与健康管理（PHM）系统，更引起国际上对于结构健康监测技术的关注和重视[2]。
飞机结构健康监测可以分为整机疲劳寿命监测和关键部位损伤监测两部分。
整机疲劳寿命监测将载荷监控与疲劳寿命分析结合以实现疲劳寿命监控，掌握每一架飞机的实际使用情况，有利于控制剩余寿命，提高飞机在飞行中的安全性；关键结构损伤监测通过监测关键结构部位应力或损伤参数，与正常指标进行对比分析，从而判断出飞机重要结构的受损程度以及损伤的具体位置[3]。
结构状态主要通过应变、载荷和振动等信息反映。
由于飛机的高机动性、结构复杂性以及环境严酷性，需进行多点状态监测，使用传统应变片的方法已很难满足需要，主要原因是引线多、增重多、寿命不能与机体同寿，亟须研究采用新的应变测量技术。
光纤光栅（FBG）传感技术作为一种新兴的应变测量技术，具有结构灵巧、布线简洁、高效、长寿命、抗电磁干扰等诸多优点，在航空航天等尖端装备领域具有重大应用前景。
基于机器学习的航空器故障预测与健康管理系统设计
基于机器学习的航空器故障预测与健康管理系统设计航空器的安全性和可靠性一直是航空工业中最重要的关注点之一。
故障预测与健康管理系统（Health and Usage Monitoring System，简称HUMS）的设计和使用在航空工业中具有重要意义。
基于机器学习的航空器故障预测与健康管理系统能够提高飞机的运行效率和安全性，减少航空事故的发生。
首先，我们需要了解什么是故障预测与健康管理系统。
HUMS是一种集成了传感器、数据采集和分析技术的系统，用于监测和评估航空器的状态和健康状况。
通过收集并分析大量的航空器运行数据，系统可以提供对潜在故障的预测和评估，给出维修建议，从而最大限度地提高航空器的可用性和安全性。
基于机器学习技术的航空器故障预测与健康管理系统能够自动化地从大量的数据中学习和识别模式，并根据模式来进行预测和诊断。
具体来说，系统首先需要收集和存储各种传感器所获得的数据，例如温度、压力、振动、噪音等。
然后，机器学习算法将被应用于这些数据，通过模式识别和数据挖掘技术，系统可以学习和识别各种事先定义的故障模式和健康状况。
一旦发现异常或预测到可能发生故障，系统将会发出警报，通知相关人员进行进一步的维修和处理。
在设计基于机器学习的航空器故障预测与健康管理系统时，以下几个方面需要考虑：1. 数据采集和处理：系统需要收集和存储大量的传感器数据。
但数据的质量和完整性对系统的准确性和可靠性至关重要。
因此，在设计系统时，需要考虑如何准确地采集和处理数据，包括选择合适的传感器，合理布置传感器，以及确保数据在传输过程中的完整性和可靠性。
2. 特征提取和选择：从海量的数据中提取有效特征对于系统性能至关重要。
基于机器学习的航空器故障预测和健康管理系统需要设计和选择适当的特征提取算法，以从原始数据中提取出能够描述航空器状态和健康状况的关键特征。
3. 模型训练和预测：机器学习算法将在训练阶段使用历史数据来构建预测模型。
这个过程需要选择和设计合适的机器学习算法，并使用合适的训练和验证方法来构建准确和可靠的预测模型。
航空发动机全生命周期健康管理技术发展分析
随着航空发动机功能结构越来越复杂，以及用户对发动机的安全性、可靠性的要求越来越高，健康管理系统成为先进航空发动机的重要组成部分，该技术的成熟与工程化应用对航空发动机的全生命周期具有显著的提升作用。
航空发动机结构复杂、工作环境恶劣，主要工作零部件承受着较高的离心负荷、气动负荷以及振动交变负荷等，同时还受到外来物的冲击，以及风沙、潮湿、盐雾的侵蚀，引起发动机的性能下降、疲劳损伤增多，甚至产生叶片断裂、轮盘破损等危及发动机及飞机安全的事故。
据统计，发动机一次返厂大修需要数百万元人民币的费用支出，给企业带来巨大的经济损失。
为了确保飞行安全，业界从20世纪60年代开始对航空发动机开展健康状态的监测，逐步发展到现在的发动机健康管理系统，如图1所示。
例如，F135发动机应用健康管理技术后，排故时间从F119发动机的20 min缩短到15 min，比现役的F110、F100等发动机排故时间缩短94％，显著提高了发动机维修性和装备可用率。
可见，发动机健康管理系统已成为提高装备完好率，降低维护成本，实现自主后勤和智能维护等新型维修保障模式的主要支撑技术。
图1 航空发动机健康管理系统航空发动机健康管理技术概述航空发动机健康管理是指通过机载系统和非机载系统中的传感、采集、处理、分析等手段，提供航空发动机气路、滑油、振动、寿命等方面的实时或近实时信息，实现状态监测、故障诊断、趋势分析和寿命管理等功能，从而提醒用户注意可能影响安全运行的状况，有针对性地安排检查维修、排除异常故障、改进功能性能、预测备件需求，进而提高航空发动机和飞机的安全性、可靠性与维修性。
健康管理系统的功能健康管理的主要功能包括状态监视、故障诊断、趋势分析、寿命管理和使用维护，如图2所示。
图2 发动机健康管理的功能状态监视功能是分析机载实时获取的发动机参数，对参数与机载发动机模型对比分析，判断参数是否存在超限和异常增量特征，将判断结果记录在机载事件报告中，飞行结束后将报告发送给地面系统，指导维护人员开展相关检查和维护工作。
飞机飞行安全实时监控关键技术研究
背景
飞机飞行安全实时监控关键技术的研究始于20世纪90年代，当时主要集中在 军事领域。随着民用航空的发展，飞行安全问题日益凸显。传统的飞行安全监控 方法主要依靠飞行员的直觉和经验，但在复杂的环境和恶劣的天气条件下，这种 方式存在一定的局限性。因此，飞机飞行安全实时监控关键技术逐渐受到各国研 究机构的。
二、关键技术研究
在构建面向内容的网络安全监控模型时，需要用到许多关键技术，包括数据 流分析技术、模式识别技术、机器学习技术等。下面我们将对其中几种关键技术 进行详细介绍。
1、数据流分析技术：该技术主要用于处理和分析大规模的网络流量数据。 通过使用高效的数据流分析算法，能够实时地检测出异常流量和潜在的攻击行为。
四、研究结果与分析
通过本次研究，我们获得了以下成果：
1、深入研究了飞行模拟器动感模拟技术的关键技术和实现方法，包括高精 度算法、实时仿真等。
2、针对现有飞行模拟器的应用情况进行了实地调查，总结出了其在应用过 程中存在的问题和不足之处。
3、通过实验研究，验证了本课题所提出的关键技术和实现方法的有效性和 优越性。具体来说，我们通过对比实验，发现采用本课题所提出的关键技术的飞 行模拟器在仿真精度、实时性等方面均优于现有的飞行模拟器。
3、仿真技术：通过仿真技术，将飞行器的操纵和运动轨迹实时地反映到模 拟器上，以提供更加逼真的飞行体验。
二、需求分析
随着航空技术的不断发展，飞行模拟器动感模拟技术在军事、民用等领域的 需求也不断增加。目前，该技术的研究现状和发展趋势主要体现在以下几个方面：
1、关键技术研究：针对飞行模拟器动感模拟技术的关键技术研究，如高精 度算法、实时仿真等，已经成为研究热点。
飞机飞行安全实时监控关键技 术研究
01 背景
现代航空技术
大型飞机中的若干关键测控技术及其发展趋势大型飞机是衡量一个国家科技、工业水平和综合国力的重要标志之一，它不仅关系到国民经济，而且对维护国家安全和国家利益具有重要的政治意义。
大飞机制造涉及到电子、机械、新材料、冶金、化工、工业制造等方方面面，是各种高、精、尖技术的大集成，因而被誉为工业领域的皇冠。
测控技术的应用贯穿于飞机设计、制造、使用和保障的全过程，是高精度加工制造、航空安全和可靠性、航空维护自动化和快速化的基础。
一方面，随着大型飞机项目研究的逐步深入，测控行业迎来了重大机遇和挑战；而另一方面，随着电子技术、计算机技术、网络技术、材料技术等的迅猛发展，航空测控技术也得到了很大的发展。
测控技术在大飞机中的应用主要包括2个方面，一方面是应用于飞机的设计、制造和维护、修理中，另一方面是应用于飞机的使用中。
本文将介绍大型飞机的若干关键测控技术，包括智能与网络传感器技术、航电系统总线技术、结构健康监测与健康管理技术，以及智能结构技术。
智能与网络传感器技术传感器是飞机的“感觉器官”，是任何测控系统信息的源头和信息获取的关键，在大型飞机测试技术中具有核心、主导的地位。
由于存在许多关键技术需要解决，高精尖的传感器目前尚需要进口甚至被国外技术封锁。
飞机上装备有数以百计的不同功能的传感器，包括用于测量飞行状态、导航、定位参数、动力装置以及燃油、武器与火控参数等的各类传感器。
为了对这些传感器进行有效管理，提高其使用效率和精度，增加其使用的便利性和可靠性，具有某些智能（Smart）和自治（Autonomous）功能，如能够自动采集数据并进行分析、处理、判断和自适应的智能传感器，以及能够实现分布式并行测量的网络传感器受到人们的普遍关注。
通常智能传感器具有通过网络传输数据的功能，而网络传感器也具有某些智能功能。
由网络传感器组成的分布式传感网络作为一种新型的信息获取与处理系统，综合了先进的通信技术、嵌入式计算机技术、分布式信息处理技术和传感器技术。
民用飞机系统的故障预测与健康管理系统设计
民用飞机系统的故障预测与健康管理系统设计作者：朱景辉来源：《中国机械》2014年第06期摘要：在对民用飞机系统的故障预测与健康管理系统及其重要作用进行论述的基础上，分析了故障预测与健康管理（PHM）、视情维修（CBM）、自主保障（AL）及其相互关系。
同时，论述了民用飞机系统的故障预测与健康管理系统的几个主要功能模块。
关键词：民用飞机；系统故障预测；健康管理1.民用飞机系统的故障预测与健康管理系统及其重要作用从民用飞机系统整体可靠性、安全性以及运行经济性的角度出发，采用预测技术作为支撑的故障预测及健康管理（PHM）方法已经在民航飞机故障预测中得到了更广泛的应用，同时也成为了当前飞机设计及运营的重要构成部分，是将来航空飞行器故障诊断体系的完善法制方向。
当前，PHM技术的主要研究方向在于提高故障诊断以及故障预测的精度，同时通过扩大健康监控的应用对象的方法，逐步形成基于飞机状态的自主式保障体系。
目前，国内对PHM技术的研究和应用都处于技术早期阶段，虽然在飞机的系统运行状况监控、故障诊断的研究方面获得了一定的成果，但是因为故障诊断、状态监测与飞机管理维修工作相互分离，导致故障信息的反馈速度较慢，资源的共享性、可扩展性以及可靠性都较差，制约了飞机的整体性能。
所以，在在飞机系统的基础管理工作中，构建其飞机系统故障预测以及健康管理系统对提高飞机的状态检测、故障预测与检测、故障维修水平具有重要作用。
2.故障预测与健康管理（PHM）、视情维修（CBM）、自主保障（AL）及其相互关系2.1 . PHM、CBM与AL的概念民用飞机的系统故障维修方式经历了包括反应性维修、预防性维修以及视情维修三个阶段。
其中，视情维修需要飞机系统自身拥有对相关故障的预测以及故障诊断能力，从而达到系统故障维修的“经济可承受性”目的，这就产生了故障预测及系统健康管理的基本概念。
PHM 是一种针对飞机系统进行的全面故障检测、隔离以及预测的管理技术，其引入的最终目的是了解并预测故障的发生时间或者针对预测外的故障进行简答的处理，而不是直接对故障进行维修。
航空航天工程中的结构健康监测与预测方法研究
航空航天工程中的结构健康监测与预测方法研究航空航天工程涉及到一系列复杂的结构，如飞机、航天器和导弹等。
这些结构在正常运行和飞行中面临着各种外部和内部的力学、热学、电磁和化学等环境作用。
长期运行和极端工作环境的影响导致这些结构发生劣化和损伤，因此，准确实时地监测结构的健康状况，并进行损伤的预测变得至关重要。
结构健康监测（SHM）是指通过安装传感器网络和监测系统来实时监测结构的状态、性能和安全性。
有效的SHM可以提供结构的健康状况信息，识别和定位潜在的损伤，预测结构的剩余寿命，从而实现结构的维护和修复，确保飞行器的安全性。
航空航天工程中的结构健康监测与预测方法研究是一个复杂的多学科领域，涉及到工程力学、材料科学、电子工程和计算机科学等。
目前，人们通过传感器网络、数据采集系统以及大数据分析等手段来执行SHM任务。
首先，传感器网络是SHM的基础。
传感器可以安装在飞机的关键位置，用于检测和监测结构的运行状态。
这些传感器可以测量结构的振动、应变、声音、温度和电气信号等，并将数据传输到数据采集系统中。
传感器网络的设计需要考虑传感器类型的选择、传感器的布置和传感器故障检测等因素。
其次，数据采集系统用于接收、处理和存储从传感器收集到的数据。
这些系统通常包括数据采集单元、信号放大器、模数转换器和存储设备等。
数据采集系统的设计需要考虑数据的频率、采样率以及数据的完整性和可靠性等。
在数据采集的基础上，结构健康监测方法主要分为两类：基于物理模型的方法和基于数据驱动的方法。
基于物理模型的方法是通过建立结构的数学模型来预测结构的健康状况。
这些模型可以根据结构的材料特性、几何形状和边界条件等进行建立。
基于物理模型的方法通常需要结构的详细信息和精确的数学模型，因此适用于熟知的结构，如飞机机翼和航天器舱壁等。
这些方法需要大量的计算和模型验证，对于复杂结构和多物理场耦合问题的预测有一定的局限性。
基于数据驱动的方法是通过分析和挖掘已有数据的模式和规律来预测结构的健康状况。
航空航天领域中的航空电子技术
航空航天领域中的航空电子技术航空电子技术是指在航空航天领域中应用的电子技术，它在航空器的设计、制造、运行和维护等方面起着重要的作用。
航空电子技术的发展与飞机航行的安全性、性能和效率密切相关。
本文将对航空电子技术的应用领域、发展历程以及未来趋势进行探讨。
一、航空电子技术的应用领域1. 航空通信导航系统航空通信导航系统是飞机上的一套设备，包括通信设备、导航设备以及相关的信息处理软件。
通信设备用于与地面交流，导航设备用于确定飞行器的位置和方向。
航空电子技术通过改进这些设备，提高了飞行的精确度和安全性，为飞行员提供了准确的导航和通信手段。
2. 飞行控制系统飞行控制系统是飞机上的重要设备，它用于控制飞行器的姿态、高度和速度等参数。
航空电子技术通过引入自动飞行控制系统，实现飞机的自动驾驶，提高了飞行的精确度和稳定性。
这对于长时间航行和复杂的飞行任务非常重要。
3. 飞机健康管理系统飞机健康管理系统是用于监测飞机各个部件状态的设备和软件。
航空电子技术可以实时监测飞机的各项指标，并通过数据分析和预测算法，提前发现潜在故障，并采取相应的措施，确保飞行的安全性和可靠性。
4. 航空雷达系统航空雷达系统是航空器上的一种传感器设备，用于检测和跟踪其他飞行器和地面障碍物。
航空电子技术通过提高雷达的探测精度和处理能力，提高了航空器的避碰能力，降低了事故风险。
二、航空电子技术的发展历程航空电子技术的发展经历了多个阶段，从早期的简单仪器到现代化的复杂系统。
在20世纪初，航空电子技术主要用于飞行导航的基本设备，如罗盘、风速计等。
随着航空工业和电子技术的进步，各种新的航空电子设备陆续出现，大大提高了飞行的安全性和效率。
在20世纪50年代和60年代，航空电子技术迎来了蓬勃发展的阶段。
这一时期，飞行导航系统得到了极大的改进和扩展，航空通信设备也开始使用全球卫星定位系统（GPS）进行导航。
此外，飞行控制系统的自动化程度也得到了提高，飞行员可以通过自动驾驶系统实现长时间飞行。
飞机PHM技术发展近况及在F-35应用中遇到的问题及挑战
航空科学技术Aeronautical Science &TechnologyJul.252020Vol.31No.0718-26飞机PHM 技术发展近况及在F-35应用中遇到的问题及挑战张宝珍*，王萍中国航空工业发展研究中心，北京100029摘要：近年来，预测与健康管理（PHM ）技术作为降低成本、实现基于状态的维修和自主式保障的核心技术之一日益获得世界各国军方、工业界和学术界的重视。
代表目前世界军机领域最高水平的美军F-35联合攻击战斗机（JSF ）的PHM 系统目前仍处于研制成熟阶段，技术成熟度依然不高，特别是与PHM 配套使用的自主式保障信息系统（ALIS ）进度延迟、问题不断，已经成为影响F-35项目研制进度的一个重要问题，美国国防部已正在构建新的运行数据集成网络（ODIM ）替代ALIS 。
本文梳理总结了国外飞机PHM 技术的发展应用现状，重点介绍了F-35PHM 系统及与其密切相关的ALIS 系统近年的研制进展、遇到的问题与挑战和应对措施。
关键词：预测与健康管理（PHM ）；诊断；预测；发展与应用现状；F-35PHM 系统；问题与挑战中图分类号：V240.2文献标识码：ADOI ：10.19452/j.issn1007-5453.2020.07.003过去20年来，国外在开发和应用飞机健康监测系统方面取得了重大进展，并正在向预测与健康管理（PHM ）系统方向发展。
如今已广泛部署在民机和军机上的健康监测系统，为使维修和使用成为可预测和可控的活动提供了重要的潜能。
最新航空装备的PHM 系统正在集成最底层的机械、电气和电子传感器的数据，提供对系统当前状态的近实时准确评估。
PHM 系统根据传感器参数和使用情况的变化，确定系统的未来状态，并利用这些诊断和预测知识，确定执行任务以及加强和支持维修和保障的最佳方式。
这种根据系统健康状况修改任务计划的能力有助于在系统功能退化的情况下确保任务成功。
航空发动机健康监测系统研究
航空发动机健康监测系统研究航空发动机是飞机的“心脏”，对飞行安全起着至关重要的作用。
但发动机在使用过程中可能会面临各种问题，如果不能及时发现并解决，会对飞行安全造成极大威胁。
因此，发动机健康监测系统的研究就显得尤为重要。
一、航空发动机健康监测系统的意义航空发动机健康监测系统是指通过对发动机状态、性能和健康状况的实时监测和诊断，及时发现、预测和评估发动机运行中存在的问题，从而实现对发动机的全生命周期管理。
它的意义在于：1.提高飞行安全性通过实时监测和诊断，可以及时发现故障，尽早解决问题，大大减少事故发生的可能性，提高飞行安全性。
2.延长发动机使用寿命发动机在运行过程中会受到各种因素的损伤，如疲劳、腐蚀、热胀冷缩等。
如果及时发现并采取相应的措施，可以延长发动机的使用寿命，降低维修成本。
3.提高维修效率传统的维修方式主要是按照时间和使用里程数进行维修，这种方式会造成浪费和不必要的损失。
而通过健康监测系统，可以对发动机的各项参数进行实时监测，及时发现异常，提高维修效率，减少维修时间和成本。
二、航空发动机健康监测系统的技术航空发动机健康监测系统技术主要包含以下几个方面：1.传感器技术传感器是健康监测系统的核心技术，可以实时监测发动机的各项参数，如振动、温度、压力、流量等。
这种技术不仅要求传感器的灵敏度和准确性高，还要具备一定的耐用性和抗干扰能力。
2.信号处理技术传感器采集到的原始数据往往是“乱的”，需要进行数字信号处理，提取有用的信息，如频谱分析、滤波、降噪等。
这种技术需要有高效的算法和可靠的软件支持。
3.数据处理技术航空发动机健康监测系统采集到的数据量很大，需要进行高效的数据处理和管理。
需要采用大数据技术、云计算技术和人工智能技术等，通过数据挖掘和分析，实现对发动机状态、性能和健康状况的全面监测和评估。
三、发动机健康监测系统在实际应用中的案例航空发动机健康监测系统已经在实际应用中得到了广泛的使用。
下面介绍几个典型案例。
飞机健康监测系统解决方案
飞机健康监测系统解决方案文钱立柱本文提出了一种为复杂系统开发健康监测解决方案的方法。
监测的目标是基于来自内置传感器和检测器信号的当前和历史值来检测系统故障。
该方法在飞机引气控制系统的健康监测示例上示出。
监测解决方案是利用从真实飞机收集的多个信号开发的，使用图形概率模型上的推理来检测系统故障，具体地说是贝叶斯网络(Bayesian network)。
该模型是从飞机引气控制系统的工作原理和数据处理中创建的，根据测试数据验证监控软件的操作，使故障识别的成功率超过98%。
介绍高级复杂系统，例如大型飞机系统，由大量彼此紧密相互作用的部件组成。
随着电子和计算机技术的发展，硬件成本降低，系统配备有越来越多的传感器、检测器和计算机控制器。
附加硬件可以提高监视健康系统的精度。
因此，有必要使用先进的方法和软件工具来开发有效的监测系统。
系统健康监测是系统诊断的一种形式，其目标是检测系统故障并识别引起故障的具体部件。
在监测中，诊断仅基于内置传感器和检测器信号得到的实测值，如压力传感器或位置传感器。
它没有考虑系统失效后的现象，例如异常声音或振动，它也不用通过外部装置（例如便携式测试器）执行的检测，尽管在航线排故或定检检查期间，我们经常使用外部设备做测试。
虽然健康监测仅限于内置设备，但它具有在飞行期间和/或航班结束后提供实时健康状态的优点。
这对于我们决定飞机是否能继续执行航班，飞机的目前的状态是否适航起到至关重要的。
我们用B737飞机引气控制系统的健康监测举例子。
该系统向包括客舱空调系统的若干其它系统提供引气。
在飞机中存在多种不同的信号，这些信号在监测该系统的健康中具有潜在的实用性。
信号的实时监控能记录下每次飞行数以万计的数据。
本文介绍了一种用于开发复杂系统监测解决方案的方法和支持软件工具。
我们的方法包括两个步骤：1.推导诊断观察推；2.创建诊断模型。
首先，来自传感器和检测器信号的实测值，从识别这些信号开始，单独地或组合地提供部件故障的指示。
飞机结构健康监测与管理技术研究进展和展望
飞机结构健康监测与管理技术研究进展和展望摘要：飞机结构健康监测与管理技术具有实时性、在线性等优势，是保证结构安全性、降低维护费用的重要技术途径之一。
从飞机结构完整性大纲出发，阐释飞机结构健康监测与管理技术的基本内涵、任务和实施方法,综述本领域国内外最新的技术进展,结合我国在飞机结构健康监测与管理技术领域的发展现状，展望了结构健康监测与管理技术发展趋势。
关键词：结构健康监测；结构健康管理；载荷监测；损伤监测；传感器1飞机结构健康监测1.1飞机结构载荷监测技术在飞机设计阶段，主要通过计算流体力学和有限元方法来完成载荷的计算，利用地面试验和飞行试验数据修正计算模型，从而提高载荷计算的精度和可信度。
在飞机服役阶段，主要通过对飞行参数的记录和分析实现飞机服役载荷的监控。
1.2飞机结构损伤监测技术①基于导波的损伤监测。
基于导波的损伤监测按照工作模式分为被动监测和主动监测两种损伤监测模式。
被动监测主要用于对复合材料冲击监测，空客公司在飞机智能化（SARISTU）项目支持下，开展了被动式撞击监测技术研究。
主动监测方面，美国空军对导波损伤监测技术的环境适应性在F–16上进行了飞行演示验证。
美国诺斯罗普–格鲁门公司利用压电传感器监测了F/A–18机翼结构的损伤。
②比较真空度裂纹监测技术。
比较真空度裂纹监测（CVM）技术由澳大利亚发明。
该技术是将被抽真空的薄膜传感器粘贴在被监测结构表面，通过监测传感器压强变化实现对裂纹的监测。
由于其原理简单，易实现工程化应用，美国Sandia实验室、Structural Health Monitoring公司也相继研发了CVM传感器，并在波音公司飞机上进行了飞行测试。
空客公司在A320和A340–600飞行状态对该监测传感器进行了耐久性试验，并在A380全机疲劳试验中对关键部位的缺陷进行实时监测。
美国海军针对H–53、RSAFS211等飞机，也采用该技术监测关键部位裂纹。
③智能涂层裂纹监测技术。
飞机飞控系统健康管理关键技术的探析
飞机飞控系统健康管理关键技术的探析在最近几年中，我国飞机航空行业的发展速度变得越来越快。
采用科学、有效的飞控系统健康管理关键技术，能够对飞机停机维修时间进行有效减少，能够对维修次数进行有效减少，同时能够对飞机的飞行安全性进行有效提高，对飞机运营成本进行有效降低。
因此，本文对飞机飞控系统健康管理关键技术进行深入研究，具有重要意义。
标签：飞机；飞控系统；健康管理；关键技术1 引言在最近几年中，我国飞机航空行业的发展速度变得越来越快，因此，航空公司、飞机制造商、社会民众对飞机的可靠性、飞行安全性、维修保障问题、高效管理问题等给予了越来越高的关注，飞机飞机飞控系统健康管理关键技术是非常重要的。
采用科学、有效的飞控系统健康管理关键技术，能够对飞机停机维修时间进行有效减少，能够对维修次数进行有效减少，同时能够对飞机的飞行安全性进行有效提高，对飞机运营成本进行有效降低。
目前越来越多的大型航空制造商纷纷开始广泛运用大型客机健康管理系统，且已经获得比较好的使用效果。
2 当前国外飞机健康管理系统的发展状况在对航空航天飞行器安全飞行计划进行制定过程中，美国航空航天局首次提出了飞机健康管理的概念。
其中，飞机健康管理，就是指将一些传感器安装在飞机飞行器中的重要部位，针对和飞机结构、飞机飞行等有关的信号，采用传感器对其进行采集，并对其进行妥善处理，将飞机设计安全状态信息、处理完毕后的实际信息作为主要依据，对某些算法进行充分运用，科学诊断和预测飞机在部分部位中产生的故障，与此同时，还应对地面后勤保障决策流程进行科学制定。
为能够有效监测故障、诊断、准确预测，时后勤保障决策变得更为自动化和智能化，应对集成健康管理系统进行充分利用，应实行管理的统一性。
随着健康管理技术的不断快速发展，军用飞行器已不再是健康管理的主要对象，目前，为能够飞机飞行安全性不断进行提高，对飞机进行有效维修，对飞机维修成本进行有效降低，各大民用航空也也可以对其进行广泛使用。
飞机综合健康管理系统的应用与发展
飞机综合健康管理系统的应用与发展李兴旺;汪慧云;沈勇;贺轶斐【摘要】飞机综合健康管理技术的应用对于提高飞机的安全性、维护性、降低运营成本等具有重要意义;通过对相关文献的整理,归纳和总结了飞机综合健康管理系统的含义,梳理了飞机综合健康管理系统发展过程,并以综合健康管理系统在B787、A380以及F-35飞机的应用为典型案例,从系统架构、功能组成等方面详细阐述了综合健康管理系统在民用和军用飞机上的最新应用,最后对飞机综合健康管理系统的发展趋势进行了探讨和展望;希望通过文章能够使读者对飞机综合健康管理技术的发展历程、最新技术水平以及未来发展方向有更加详尽的了解,对我国开展相关技术领域的研究提供有力的帮助.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2015(023)004【总页数】5页(P1069-1072,1079)【关键词】故障诊断;健康管理;维护;IVHMS;CMS;ACMS【作者】李兴旺;汪慧云;沈勇;贺轶斐【作者单位】故障诊断与健康管理技术航空科技重点实验室,上海201601;上海航空测控技术研究所,上海201601;故障诊断与健康管理技术航空科技重点实验室,上海201601;上海航空测控技术研究所,上海201601;故障诊断与健康管理技术航空科技重点实验室,上海201601;上海航空测控技术研究所,上海201601;陆航驻上海地区军代室,上海 201601【正文语种】中文【中图分类】TP206.30 引言随着航空装备的不断发展，飞机的安全性、可靠性以及维修保障性等方面成为航空技术发展必须面对的问题。
美国联邦航空局（FAA）和国家运输安全委员会（NTSB）的统计数据表明，全世界过去十几年的飞行事故中，24%是由飞行器子系统和部件的故障引起，26%是由飞行失控引起，其中硬件和系统故障是引起飞行失控的主要原因［1］。
商用飞机的经验也表明，几乎飞机生命周期内95%的成本都是维护维修所耗费的。
为提高飞行器可靠性、维修性、安全性和保障性，降低使用与保障费用，在航天领域，20世纪70年代美国国家航空航天局（NASA）就提出了飞行器综合健康管理技术（integrated vehicle health management，IVHM）［2］。
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力、 物力 进行 飞 机健康 监 测与 预测 技术研 究 ， 开发 了 直 升机 完 好 性 与 使 用 监 测 系 统 （ ｈ ｅ ａ ｌ ｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｕ ｓ ａ ｇ ｅ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， 简称 ＨＵＭＳ ） Ｌ １ ］ 、 飞机 故 障预 测 和状 态 管 理 系 统 （ ｐ ｒ ｏ ｇ ｎ ｏ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｈ ｅ ａ ｌ ｔ ｈ ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ — ｍｅ ｎ ｔ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， 简称 Ｐ ＨＭ ） ［ ２ ≈ ］ 、中 央 维 护 系 统
Ｔ Ｐ ２ ７ ７ ； ＴＨ１ ６
中圈分类号
引 言
随着航 空装 备 的不 断发 展 ， 飞机性 能不 断 提高 ， 功 能不 断完 善 ， 导致 飞机 系 统 及 其 分 系统 的结 构 愈 趋 复杂 ， 安 全性 问 题 日益 突 出 ， 制造 成 本 不 断 提 高 ， 武 器装 备 的使用 保 障费用 在其 全 寿命 周期 费用 中所 占比例 越来 越高 ， 经济 可 承 受 性 成 为 一个 不 可 回避
视 情维 护 。
为 有效 解 决 上 述 问 题 ， 提 高飞机 可靠性、 维 修 性、 安全 性 和保 障性 ， 降低 使 用 与 保 障 费 用 ， 近 十 几
Байду номын сангаас
Ｐ ＨＭ 是 固定 翼 飞机 故 障诊 断 维修 保 障体 系 发
年来 ， 欧美 发达 国家 提 出了综合 诊 断方 案 ， 并 借 助现
展 趋势 的充分 体 现 ， 在 测 试 性／ Ｂ Ｉ Ｔ、 状 态检 测 、 余 度
技术、 重构技 术 等 成 果 基 础 上 ， 通 过 自动 和人 工 测 试、 Ｂ Ｉ Ｔ／ 测试 性 和 维 修 辅 助 手 段 等 诊 断 要 素 的综
合， 开展 测试 、 综 合 诊 断 和 故 障 预 测 管 理 的综 合 设
通信设备 、 空地数 据通 信 网络 、 计算 机 与计 算 机 网络 技术上 的全 新 的民用 飞机综 合状态 监控 、 故 障诊 断与 维修辅 助系统 。中央 维护 系统 是测 试及 诊 断技 术 发
的问题 。由于缺 少 综 合 的 系 统诊 断 和 预 测 能 力 ， 飞
１ 系统 含 义
根 据 对 象不 同 ， 已开 发 的健 康 监测 与 预 测 系统
主要有 ３种 ： 针对 直 升 机 的 完好 性 与 使 用 监测 系统
（ ＨｕＭＳ ） ； 针对 固定 翼 飞机 的飞 机 故 障预 测 和状 态
． ． 专 家论 坛
飞 机健 康 监测 与预 测 系统 的发 展 及 展 望
莫 固良， 汪 慧云 ， 李兴 旺， 单 添 敏
（ 中航 工 业 上 海 航 空 测控 技 术 研究 所 上海 ， ２ Ｏ １ ６ Ｏ １ ）
搞要
作 为新一代飞机所采用 的先进维护管理 系统 ， 健康 监测与 预测 系统 是一种 全面 的故障检测 、 预测 与状态 管
计 。通 过 Ｐ ＨＭ 使 传统 的基 于传感 器 的诊 断转 向基
于智 能 系统 的预测 ， 从 而 实 现 固定翼 飞机 的智 能 化
和综 合化 诊断 。
Ｃ ＭＳ是 大型飞 机 建 立在 先 进 的机 载 数 据采 集 、
（ Ｃ ＭＳ ） 等 先 进 综 合 测试 、 诊 断 和预 测 系 统 ， 广 泛应 用予 直 升机 、 固定 翼 飞机 、 民用 大型 飞机等 新 型飞机 上， 使 飞机完 好性 和经 济 承受性 获得 显著 提 高 。
理 系 统 。阐 述 了 健 康 监 测 与 预 测 系 统 的含 义 ， 介 绍 了健 康 监 测 与 预 测 系统 的 发 展 过 程 ， 对 当前 飞 机 健 康 监 测 与 预 测 系统 的应 用状 态 进 行 了 全 面 的概 述 ， 分析了健康监测与预测系统涉及的主要关键技 术 ， 包 括先进传感 器技术 、 故 障诊 断 与 健 康 评 估 技 术 、 故障预测技术 、 数 据 融 合 技术 和 系统 验 证 与 评 价 技术 ， 并 对 未 来 的 发 展 方 向进 行 了展 望 。 关键 词 故 障诊 断 ； 状态监测 ； 健 康 管 理 ；故 障 预 测
第 ３ ３卷 第 ６期
２ ０ １ ３年 １ ２月
振动、 测 试 与诊 断
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｖｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ． Ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ＆ Ｄｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ
Ｖｏ １ ． ３ ３ ＮＯ ． ６
Ｄｅ ｃ ．２ ０１ ３
管理 系统 （ Ｐ ＨＭ） ； 针对 民用 大型 飞机 的 中央 维护 系
统（ Ｃ ＭＳ ） 。
ＨＵＭＳ是直 升机 上 连续 监 测 涉 及 飞行 安 全 的
机 在使 用 中普遍 存 在 虚 警 率 高 、 不 能 复 现 和重 测 合
格 等 问题 ， 导 致 其 故 障 诊 断 工 时 和 平 均 修 复 时 间 （ ＭＴＴ Ｒ） 过长， 测试设 备种类繁杂 ， 计 划 维 修 次 数 过多， 从 而 使飞 机 使用 保 障费 用 高 ， 维修人力不足，
完 好性 差 ， 影 响 了飞 机 的安全 和再 次 出动能 力 。
关 键部 件 的工作 状 态并 进 行 故 障 诊 断定 位 的系 统 。 通 过 ＨＵＭＳ系统对 直 升机 的关键 部 件 （ 传动系统、 机体、 发动机 、 旋翼 等 ） 的使 用 状 态 及潜 在 的故 障 实 施 监测 、 报警 ， 从 而 提 高直 升 机 的 飞行 安 全 性 、 可 靠 性、 维 修性 和任务 出勤 率 ， 实现直 升机 的状 态管理 和