通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備故障檢測方法探討

秦逸

（中國民用航空飛行學(xué)院，四川 廣漢 618300）

通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備較多，如靜壓系統(tǒng)、燈光照明系統(tǒng)、GPS接收機(jī)、ADF自動(dòng)定向機(jī)系統(tǒng)、警告系統(tǒng)等。現(xiàn)階段，飛機(jī)飛行對(duì)其設(shè)備的依賴性也越來越大；只有飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備各功能正常，才能確保飛機(jī)順利完成飛行。因此，定期進(jìn)行故障檢測尤為重要；由于通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備檢測流程繁雜、人力資源投入大，使得故障檢測效率不高。基于這一條件下，找到高效、科學(xué)的故障檢測方法顯得尤為關(guān)鍵。

1 通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備故障類型

引起飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備故障的因素有很多，例如：工作環(huán)境、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、規(guī)范操作、運(yùn)行時(shí)間等。對(duì)此，筆者結(jié)合功能影響、故障頻率、危險(xiǎn)性、故障原因?qū)娇诊w機(jī)機(jī)載電子設(shè)備故障分類。通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備故障可以分為，硬件設(shè)備故障、軟件故障、系統(tǒng)異常。

1.1 硬件設(shè)備故障

因?yàn)槟撤N影響因素導(dǎo)致設(shè)備物理電子元件受損而無法順利運(yùn)行，比如在對(duì)CESSNA172飛機(jī)試車通電時(shí)的機(jī)組無通訊聲音。對(duì)此，對(duì)GIA1與GIA2交換從而找到故障位置，如是組成問題應(yīng)更換GIA構(gòu)件。若故障仍然未得到解決，則需考慮是否音頻異常問題，及時(shí)更換GMA構(gòu)件。

1.2 軟件故障問題

通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)軟件故障也是有可能的，比如CESSNA172飛機(jī)試車通電時(shí)，機(jī)組顯示預(yù)警信息：PED1 CONFIG—PFD1 configuration error.Config service req'd的信息，表示G1000系統(tǒng)檢測到PED構(gòu)型不匹配。為此，應(yīng)首先斷開電源并持續(xù)供電3次，檢查故障問題是否仍然存在。如果存在使用SD卡重新構(gòu)型，系統(tǒng)頁組構(gòu)型裝載按壓UPDT CFG軟式按鈕展開軟件與構(gòu)型裝載，顯示正常。

1.3 系統(tǒng)異常故障

電子設(shè)備綜合了電子信息分布式機(jī)構(gòu)，若為系統(tǒng)層次偏差則會(huì)對(duì)電子設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成威脅。例如CESSNA172飛機(jī)中，GRS77AHRS為姿態(tài)、航向、基準(zhǔn)構(gòu)件，為PFD、MFD、GIA63d集成電子元件提供飛行性能。另外，GRS77AHRS與GDC74A飛行數(shù)據(jù)處理器、GMU44地磁儀相互影響，生成導(dǎo)航系統(tǒng)。發(fā)生故障信息AHRS TAS—AHRS not receiving airspeed異常是否與GRS77S沒有接收到空速信息有關(guān)，應(yīng)及時(shí)檢測RRS/GDC內(nèi)部鏈接狀態(tài)。

1.4 邏輯故障

通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備邏輯構(gòu)件操作錯(cuò)誤、輸入與輸出不配就會(huì)出現(xiàn)異常故障。不過，邏輯故障不經(jīng)常出現(xiàn)，通常集中于設(shè)計(jì)、更換過程發(fā)生故障問題。

2 通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備故障判斷

2.1 專家檢測判斷

專家檢測判斷多是專家結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)做出分析，根據(jù)以往成功經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)且結(jié)合故障研究，從而確定故障電子設(shè)備。這種檢測方法有著過程簡單、效率高的特點(diǎn)。在通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備診斷中較為常見，也是應(yīng)用較多的方法，但要求專家對(duì)通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備有很深的了解以及豐富的故障判斷經(jīng)驗(yàn)。

2.2 典型故障分析

該種方法主要是基于案例分析，總結(jié)維修檢測經(jīng)驗(yàn)，從而推理出對(duì)通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備故障的檢測方法。這種方法是對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)故障搜集其特征，便于故障總結(jié)。案例搜索為故障查找提供了便利條件，結(jié)合故障特點(diǎn)制定維修方案，例如CESSNA172、PA44—180飛機(jī)，通過對(duì)電子設(shè)備故障總結(jié)、分類進(jìn)行故障排除，構(gòu)建故障統(tǒng)計(jì)分析庫，便于故障問題相近時(shí)能提供依據(jù)。

2.3 故障邏輯分析

該種方法主要是通過故障現(xiàn)象，結(jié)合飛機(jī)結(jié)構(gòu)原理以及電子設(shè)備的構(gòu)型，分析產(chǎn)生故障的原因。這種檢測方法需要對(duì)飛機(jī)電子設(shè)備的構(gòu)型及各部件之間的關(guān)系有很深的了解，通過不同的邏輯關(guān)系制定出不同的檢測判斷方案。通過故障邏輯分析查找出故障電子設(shè)備。這種方法在通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備越來越集成化的發(fā)展中，會(huì)更多的使用到。

3 基于電磁信號(hào)故障診斷方法

設(shè)備故障診斷技術(shù)綜合了多個(gè)學(xué)科知識(shí)，電子電路故障診斷技術(shù)即是結(jié)合對(duì)電子電路的可及節(jié)點(diǎn)與其它信息的檢測，判斷設(shè)備狀態(tài)確認(rèn)故障元器件位置與可能出現(xiàn)的故障。伴隨著電子信息技術(shù)的進(jìn)步，設(shè)備結(jié)構(gòu)尤為繁雜，自動(dòng)化與集成化程度較高，各設(shè)備之間緊密結(jié)合、相互作用。同時(shí)，故障設(shè)備也會(huì)出現(xiàn)連鎖反應(yīng)、停機(jī)甚至更加嚴(yán)重的后果，對(duì)現(xiàn)代設(shè)備系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性要求嚴(yán)格。

對(duì)原有故障診斷技術(shù)信息資源不足，經(jīng)過搜集飛機(jī)機(jī)艙尤其是機(jī)頭位置的電磁信號(hào)，利用電場與磁場探頭、高速數(shù)據(jù)搜集卡、頻譜分析儀獲得機(jī)頭位置的電磁環(huán)境，與飛機(jī)順利運(yùn)行的電磁環(huán)境對(duì)比，對(duì)航空電子設(shè)備展開故障分析。

3.1 研究內(nèi)容分析

分析緊密的機(jī)艙內(nèi)部尤其是機(jī)頭電子設(shè)備排列較為緊密的部分，電子設(shè)備運(yùn)行中的電磁耦合導(dǎo)致的傳導(dǎo)與輻射干擾的場空間排列特點(diǎn)與幅度、頻譜特點(diǎn)。其內(nèi)容分為以下幾點(diǎn)：第一，航電設(shè)備機(jī)柜輻射發(fā)射、電源分配系統(tǒng)的傳導(dǎo)噪音、輻射、傳導(dǎo)干擾機(jī)理。第二，機(jī)艙大小、結(jié)構(gòu)、機(jī)艙中航電設(shè)備安裝位置、有關(guān)總線布線。第三，機(jī)艙中航電設(shè)備屏蔽、連接等抗干擾方法應(yīng)用。第四，機(jī)艙中航電設(shè)備電磁干擾分析環(huán)節(jié)。第五，機(jī)艙中高優(yōu)先級(jí)的電磁干擾及其制約電磁干擾的方法。第六，電磁信號(hào)的電磁干擾故障診斷與預(yù)測分析。

3.2 核心問題分析

由于艙內(nèi)的電磁場都來自不同電磁源共同影響結(jié)果，若無法獲得艙內(nèi)電磁環(huán)境就無法獲得艙內(nèi)航電設(shè)備具體條件、對(duì)航電設(shè)備的抑制。因此，應(yīng)找到高優(yōu)先級(jí)電磁影響異常且找到出現(xiàn)的原因。各電磁干擾異常和系統(tǒng)的航電設(shè)備有著直接聯(lián)系，不同航電設(shè)備自身都為干擾源，不過其作用大小有著明顯差別。基于操作上分析，想要逐個(gè)分析干擾源具有較大困難，只要協(xié)調(diào)好干擾源問題就可以確保系統(tǒng)達(dá)到電磁兼容要求。

3.3 擬采用技術(shù)路線

因?yàn)殡姶庞绊懯且环N瞬態(tài)問題研究，擬采取時(shí)域有限差分法在系統(tǒng)的電磁條件下建模、分析。電磁場問題最佳要求為負(fù)荷Maxwell方程準(zhǔn)確回答，但是僅有部分幾何形狀與結(jié)構(gòu)簡單問題才會(huì)得到解析。關(guān)于實(shí)際應(yīng)用時(shí)的電磁場需求，想要通過封閉形式解析有較大困難，可以通過唯有數(shù)值方法。

上世紀(jì)末，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了快速發(fā)展，有關(guān)電磁場問題的數(shù)值計(jì)算得到了重視與應(yīng)用。其中時(shí)域有限差分方法將帶有時(shí)間變量的Maxwell旋度方程轉(zhuǎn)成差分方程；同時(shí)模擬了電磁脈沖和理想導(dǎo)體作用的時(shí)域響應(yīng)。現(xiàn)如今這種方法趨于成熟，F(xiàn)DTD方法特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)集中體現(xiàn)于幾點(diǎn)：第一，直接時(shí)域計(jì)算。FDTD將不同類別問題作為初值問題解決，保證電磁波時(shí)域特點(diǎn)全面呈現(xiàn)。若要求提供頻域信息，僅對(duì)時(shí)域信息展開Fourier轉(zhuǎn)換即可。第二，適用廣泛。因?yàn)镕DTD方法根本目標(biāo)是總結(jié)電磁場普遍規(guī)律的Maxwell方程，所以只要設(shè)計(jì)有關(guān)空間點(diǎn)數(shù)值就能夠模擬不同繁雜的電磁結(jié)構(gòu)。第三，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，系統(tǒng)處理技術(shù)也得到了提高并提升了計(jì)算速度。FDTD計(jì)算特征為各網(wǎng)格點(diǎn)的電場僅和四周相近網(wǎng)格點(diǎn)的磁場場值相連，從而更加適用于并行計(jì)算。目前，F(xiàn)DTD已經(jīng)得到了重視，還能夠?qū)?fù)雜邊界環(huán)境下電磁場排列計(jì)算的案例提供參考。

4 結(jié)語

綜合分析，通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備故障診斷中，故障診斷技術(shù)在飛行器電子設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、維護(hù)中有著重要影響。文章對(duì)通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備故障診斷展開分析，分別從通用航空飛機(jī)機(jī)載電子設(shè)備故障類型、電子設(shè)備故障判斷、電磁信號(hào)故障診斷方法三方面進(jìn)行了分析。