航空领域电子的故障预测与健康管理技术

此外 ， 航空领域电子设备 内部各部件组成并不相 同， 因此失效率也 不同 ， 导致不 同因素对设备 内部各部件的影 响也不尽相同。因此 ， 在对 航空领域电子装 备的健康管理过程 中， 应该注意以下几点 ： 第一 ， 航空 领域电子装备 的 Ｐ Ｈ Ｍ技术应该对 装备进行合理 的分 阶段健康管理 ，从 而使不同设备内部的部件充分发挥其功用 ； 第二 ； 对航空领域 电子装备 不同阶段的健 康监控 ， 应该把侧重点集 中在导致设备失效 的原 因和失效 率较高的电子器件上 ； 第三， 应该充分结合现代化电子信息技术 ， 针对 不 同的航空领域电子设 备配备健康模 型， 并对影 响其健康和使用寿命 的 因素开展 Ｐ Ｈ Ｍ设计 ，从而更有效 、 更及 时的对设备做 出健康预测 。 结语 ： 虽然新技术的发展势必要代替原有 的技术 ， 但是 如何保 障航 空领域的 电子产品的安全性仍 然是科学研究界要面临的重大挑战之一 ，
２ ０ １ ４ 年 第 ２期
电 子信 息科 学 与 技术
航 空领域 电子 的故 障预 测 与健康 管理技术
●韩杰钢
随着社会和经济的同步发展 ，越来越 多的ｔ － ｉ ｆ ］ 选择 了飞机作为 出 行
工具。为 了提 高飞行安全 ｌ 生，最主要 的就是保 障航空装备 的安全与健康。 本文对可能 引发航 空领域电子设备故障的因素进行 了分析 ，对 Ｐ Ｈ Ｍ技术 的故障预测与健康监测进行研究 。
从健康管理角度对航 空电子设备进行分类 ， 可细分为如下五类 ： 正
常 ，错误 ，异常 ，故障和损坏 。
正常 ， 即航空 电子设备能够按照预定方式运行 ， 一切指标 均在正 常
范围内 。错误 ，即航 空电子设备在运行过程中突发性的错误 ， 检测 表现
为 “ 未见故障” 。它可能 由瞬时环境因素超限 ，或级联 故障引起 ，是暂
一
点就是外部环境应力对其造成的损 伤， 航空装备在不同的环境应力 下
所受到的损伤不同 ， 电子设备的可靠性 也会随之降低 。 必须搜集 和积 累 电子产品寿命周期中承受的所有外部应 力载荷 ， 计算出其损伤程度和消 耗的寿命 ， 估计 出余 寿时长。 为此 ， 需要在产品嵌入若干个传感器来 感 知外部载荷 （ 温度、温度变化 、湿度 、 振动 、冲击 、压力 、电压 、电流
目 前 围绕航 空领域 电子 的故 障预测 与健康管理技术 ， 国内外 的研发
和应用主要涉及 以下几个方 面： 第 一 ，关 于航空电子设备 的核心器件失
效 的问题 ， 也是技术人员研 究的重点问题 ， 因为航空电子器件制造之后 ， 会随着时间的推移或一些 人为原 因 ， 其性能会逐渐退化 、 磨损 ， 而超 大 规模 集成电路又是所有航 空电子设备 的核心器件 ， 必须保证其 电路 的寿 命和完整性。 第二， 引发 电子设备 出现故 障的原 因有很多种 ， 最重要的
（ 二 ）航 空领域 电子设备 的健康监测
、
故 障预测 与健康管理技术现状
故 障预测 与健康管理技术 （ Ｐ Ｈ Ｍ） 在 国内外航空领域扮演 了越来越
重要 的角色 ，此项技术不仅可 以监测发动机的健康还能够估计其余 寿 ，
为实现飞机 的安全 飞行做 出了很大贡献 。美军 Ｆ 一 ３ ５ 联合攻击机确立 了 Ｐ Ｈ Ｍ 技术在实现美 军武器装 备战备 完好性 和经济 可承受性方面 的重要
科技的飞速发展要以保障航 空领域 的设备 的安全为前提条件 ， 同样 航空领域设备的安全性越高也同样说明了科技 的发达 。 在航空设备进入 时性的 、 非常驻 状态。 在 引发错误 的因素被消除后 ， 设 备能够 自行恢 复 或修复 。异常 ，是指产品运行方式与功能不属 常态 ， 表现为功能降级 。 这种情况大多是 因为设备内部的一些 电路器件敏感 于Ｉ 溢 界外部条件 ， 导
来 了前所未有 的挑 战。
一
致设备偏离预订工作状态。 待临界外部条件恢复正常后 ， 设备会 自行修
复 。为避免设备 出现异常状态 ，应该定期对设备进行调整合 维护。故 障是指产 品无法执行规定的功能 ， 表现为功能丧失。 设备 自身的内在缺 陷， 或内部 电子器件发生损伤是造成功能丧失的主要原因 ， 但外部环境 也对故 障的产生有一定影响。 为 了保证设备能持续工作 ， 可以对其采取 故 障禁锢 、 余度 、容错等设计措施 ，并及时对故障设 备进行 维修 。
对航空 电子设备 的故障预测及解决 ， 对保障科 学体制 的管理 ， 对参 与设 备运行 的人员来说仍是最重要的课题 之一 。 对 故障预测 的准确有效 ， 对
电子元件 的突发性的故障 ， 甚至包括对系统数据的收集与分析 的繁重 的
任务 ，都是我们科学领域的科研人员的非 常艰 巨的挑 战之一 。 参考 文献
使用前科研人员都会经过缜密的计算 和对设备 的检验 ， 但是偶 尔也会 出 现不可避免 的故障 ， 如何避免这些灾难的发生 ， 一直都是科研领域讨论
的首要问题之一 。 但是现在科技 的发展 ， 航空领域 的设备 任与能力带
航空装备 的电子器件的性能会随着时间的推移 老化、 失效。 老化的 电子器件 失效率 近似 为常数 ，其与平均故障 间隔时间 （ Ｍ Ｔ Ｂ Ｆ ） 的关系
如下 ：
＝
地 位 ，故障预测 与健 康管理技术现 已成为航空技术研究 的一 个热点话
题。
Ｉ ／ ＭＴＢ Ｆ
二、Ｐ Ｈ Ｍ技术的故障预测
等） … 。 第三 ， 电路 的特性会 随着 电子产品 的使用时间长久而老化退化。
因此 ， 必须对器件 、 电路等 系统 的失效模式和危 害度进行分析 ， 选取适 当的物理量进行故障先兆的检测 ， 如放大倍数 、 频率响应等作为预测模 型， 通过对 电路特性参数的监测 ， 从而评估 电子器件及设备 的性能 ， 判 断故 障的出处并及时更换修补 。 第 四， 设置故 障预警 电路 ， 这是 国外公 司正在研究 的一种方法 。预警元件与板上的 Ｉ ｃ电路属 于一类 ，失效机 理相同 ， 在 飞行 中所处 的环境条件也一致 ， 但设计时加大 了类似与 电流