飞机电源系统状态监测与故障诊断技术研究

飞机电源系统状态监测与故障诊断技术研究

发表时间：2019-01-15T16:11:37.740Z 来源：《电力设备》2018年第25期作者：迟晓林[导读] 摘要：飞机电源系统是飞机最重要的系统部件之一，承担着为飞行控制、导航、无线电通信、雷达以及电子对抗、导弹发射等装置提供电力的功能，关系着飞机上各种用电设备的正常运行和飞行安全，电源系统的故障和失效都可能造成非常严重的后果。

（航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司黑龙江省哈尔滨市 150060）摘要：飞机电源系统是飞机最重要的系统部件之一，承担着为飞行控制、导航、无线电通信、雷达以及电子对抗、导弹发射等装置提供电力的功能，关系着飞机上各种用电设备的正常运行和飞行安全，电源系统的故障和失效都可能造成非常严重的后果。因而，本文对电源系统状态监测与故障诊断等进行了研究。

关键词：飞机电源系统；状态监测；故障诊断

一、监测与诊断技术的原理和方法

1.1状态监测与故障诊断技术的原理

状态监测与故障诊断技术是指在故障产生的初期尽早发现故障，并预测发展趋势，合理安排设备的工作，避免故障扩大到使设备严重受损或造成临时性的停运事故。

（1）机理研究。机理研究主要是明确设备异常或故障在状态信号中的反映情况。状态信号包括各种化学和物理量，如机械量A（振动等）、电气量（电流、电压或其组合）、热工量（温度、压力、流量）及化学成分等。

（2）信号采集与处理。借助各种与状态信号相匹配的传感器，对选定的状态信号进行采集，并传输至信号处理单元。

（3）特征提取。利用机理研究的成果，从状态信号中提取与设备状态有关的特征信息。在故障诊断阶段，根据状态监测判别出设备状态有异常或故障情况下，进一步确定故障的性质、故障类别、严重程度、故障部位、故障原因，乃至说明故障发展趋势和对未来的影响。为预报、控制、剩余寿命预估、维修、调整、治理及事故分析提供依据。

1.2状态监测与故障诊断技术的方法

（1）基于FFT原理的算法。对于大多数机电系统而言，其周期性工作特征使得频谱分析法成为应用最成熟的故障特征分析方法，功率谱分析成为FFTr最广泛的应用。

（2）非线性信号处理方法。在机电设备故障领域，转轴裂纹、动静碰磨等故障非线性特征非常明显，因此非线性信号处理方法非常适合于机电设备故障领域。

（3）非稳态信号处理方法。常见的非稳态信号主要包括谐和变频信号、宽带变谱信号及瞬态信号。谐和变频信号处理方法通常包括短时陕速傅氏变换的三维谱等方法；宽带变谱信号较适用的方法主要是现代谱分析算法；对于瞬态信号，常用方法为小波分析法。

（4）非高斯信号处理方法。在机械设备故障诊断中，故障分析信号通常不服从高斯分布，因而非高斯信号处理方法研究逐渐兴起，主要数学工具包括高阶统计量及相应的高阶谱。

（5）故障诊断推理及判别方法。根据隶属的学科体系，将故障的推理及判别过程所采取的各种方法分为5部分，即：基于控制模型故障诊断，基于模式识别故障诊断，基于人工智能故障诊断，模糊理论和粗糙集理论。

二、飞机电源系统状态监测与故障诊断技术的发展

故障检测与诊断技术的发展离不开信息技术及理论的进步。总体说来，历经3个阶段：第一阶段由于设备简单，故障诊断主要依靠专业维修人员感官、个人经验及简单的仪表设备；随着传感器技术、动态测试技术及信号处理理论和技术的发展，故障诊断迎来第二阶段的发展；20世纪90年代以来，伴随着高级计算机技术及人工智能技术和理论的不断发展，故障诊断技术进入了智能化阶段。在故障检测与诊断技术的发展过程中，相应出现了各类故障诊断系统，根据出现的先后顺序，将其分为4类。

（1）便携式检测仪表和分析仪器。它是最早出现的故障检测装置，作用是对检测对象的一些重要运行参数进行测量，据此判断设备工作状态是否良好。主要产品包括丹麦B&K公司及瑞典的SPM公司的振动测量仪、温度测量仪及轴承检测仪。

（2）在线监测仪表系统。该系统运行在需要实时监控的特定工作对象中，对工作过程中的重要状态量进行监测。美国Bently及瑞士Vibro—MetCr等公司开发了许多系列产品。

（3）计算机监测分析与诊断系统。该系统不仅能够实现在线监测功能，还具有越限报警、实时故障分析与诊断等功能。例如，美国Bently公司、日本三菱公司以及我国清华大学、哈尔滨工业大学等，相继研发了各自的检测及诊断系统。

（4）智能诊断系统。智能诊断系统的开发始于20世纪80年代，它是人工智能技术研究的成果。西屋公司研制成功的电厂人工智能在线诊断大型网络系统是该系统的典型代表。国内在该领域方面的研究起步较晚，华中理工大学等科研机构取得了一系列成果。

三、飞机电源系统状态监控与故障诊断技术研究现状

近年来，可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性、环境适应性工程受到各国有关方面的高度重视。这对飞机电源系统实时状态监测与故障诊断技术提出了更高的要求。然而，当前在飞机飞行以及地面维护和保养过程中所采用方法与手段，还不能对航空电源的状态进行全面而精确的监测与诊断。

3.1机上自检BIT技术

机内测试BIT（Build In Test）技术借助机上电源系统自身的电路和程序，通过机载维护计算机对电源系统自身的状态进行检测和监控，并对故障进行检测和隔离，可有效降低相应设备平均修复时间、故障间隔时间及维修费用。然而，由于机内设备复杂及数量众多等原因，传感器检测项目的数量非常有限，目前只能对重要指标进行检测。此外，对故障的隔离还停留在继电保护的水平，属于“被动保护”，只能在故障发生后保护设备，无法实施“主动保护”，或将故障排除在萌芽状态。

3.2地面定期检测

地面定期检测主要通过地面维护人员根据相关的军标，借助各种仪器仪表对地面电源进行检测，处于故障诊断技术发展的第一或第二阶段。同BIT检测技术相比，检测更加全面，可以获得更多重要指标。例如，使用兆欧表来检测起动发电机定子绕组的绝缘电阻，通过示波器检测三级交流发动机旋转整流二极管的工作状态等。然而，地面定检这种离线检测手段还无法在飞机飞行过程中实时在线监测航空电源运行时的状态参数，且检测过程可能会掺杂较多人为因素，耗时耗力，效率低下。