基于AHM的波音737NG引氣系統故障診斷

張宇

摘要：飛機健康管理系統（ AHM）是波音公司推出的數字化先進飛機維護工具，具有故障診斷和狀態監控功能，能夠為客戶提供全面的技術支持，幫助維修人員快速準確地診斷故障。本文利用AHM對波音737NG飛機引氣系統進行故障診斷，能比傳統方法更加快速有效地獲得診斷結果。

關鍵詞：故障診斷;飛機健康管理系統;引氣系統

0引言

波音737NG飛機引氣系統是非常重要的一個系統。當飛機在空中時，它是座艙壓力的唯一供氣來源，一旦發生故障，就會影響飛機的客艙壓力控制，如果雙發引氣失效，將直接導致客艙失壓。引氣系統的故障通常比較復雜，首先，引氣系統的部件較多且相互之間關聯性較強，同樣故障表現的故障原因卻不盡相同，如引氣組件跳開，可能是超壓也可能是超溫，還有可能兩個原因都有，而溫度和壓力之間又有聯系，不易判斷;其次，引氣系統的部件受環境因素的影響較大，當系統部件工作在臨界狀態時，可能由于組件本體受到污染而造成工作不穩定，進而造成系統故障，甚至還出現更換某一部件后故障現象消失，幾天后故障又再現的情況。維修人員為了徹底排除故障，可能同時更換很多部件.造成拆下來的隔離件無法區分是可用件還是故障件，增加了工作量，提高了維修成本。AHM的故障診斷系統的出現，為快速高效地排除波音737NG飛機引氣系統故障提供了新的途徑。

1AHM的故障診斷系統

飛機健康管理系統（AHM）是波音公司推出的數字化先進飛機維護工具，是近年來出現的飛機維修新理念和新技術，具有故障診斷和狀態監控兩大功能，能夠為維修人員提供全面的技術支持，降低飛機的維修成本，提高飛機的維修質量，同時為整個機隊的可靠性提供強有力的保證^[1]。目前波音公司AHM在全球61家航空公司用戶的2000多架飛機上獲得了應用，其中超過75%的波音777、50%的波音747-400和所有的波音787機隊都采用了AHM工具。2014年8月4日，中國東方航空及其子公司上海航空和中國聯合航空引入AHM，將其應用于東航機隊157架波音737NG上，并最終將覆蓋250架737NG飛機。

AHM利用機載電子設備和飛機狀態監控系統采集記錄飛機的各種數據，對數據進行必要的轉化篩選，提取故障數據格式化，形成故障信息，再根據故障的嚴重程度發出相應的警告，利用空地數據鏈將其傳遞到地面監控站，幫助維修人員進行故障診斷;同時，針對影響飛機的故障信息，AHM系統會提供相關的維護文件鏈接，包括WDM、SSM、IPC、FIM、AMM、MEL以及波音文檔，幫助維修人員提前準備相應的工具、設備、航材，為飛機落地排故做相應的部署。

AHM的故障診斷系統將專家系統故障診斷和神經網絡故障診斷兩種故障診斷方法的優點融合在一起，既可以對已知的故障做到快速診斷，又可以實現自主學習、自我更新的功能。首先，該系統將收集到的故障數據送入專家系統進行診斷，由于專家系統的知識規則庫里已經存儲了大量的故障診斷實例，系統一旦發現與以往的范例相匹配的情況即可快速完成故障診斷，維修人員可以馬上查看過去的故障記錄，制定排故方案。當專家系統未能找到相匹配的故障診斷實例，或者這個故障數據未存貯在故障庫時，AHM將啟動神經網絡故障診斷模式，將故障信息中的關鍵值與故障模式建立對映關系，將故障所對應的可能原因、所采取的措施以及實施效果呈現出來，協助維修人員完成故障診斷。當維修人員根據AHM提供的輸出信息成功完成故障診斷后，神經網絡系統利用自主學習能力，將這條信息更新到知識庫和樣本庫中，實現不斷自我完善的功能。

2案例介紹

下面以一則真實的737NG飛機發動機引氣故障為例，利用AHM進行故障診斷。

B-5530飛機航后落地，維修人員在檢查飛機記錄本時，發現機組反映“飛機爬升時，右發引氣壓力低”。根據此故障描述，登錄AHM（見圖1），發現系統自動將其判別為“Right Engine PreCoolerSystem Fault”（右發預冷器系統故障），并給出了M級的警告。

打開具體的故障報告，發現故障報告都有相應的ACARS報文，報文中記錄的文字段都有特殊的含義。

AHM會提供文件對系統的項目含義加以說明，表l是對引氣系統各個名稱的注釋。針對B-55XX故障，AHM提供了相應的ACARS報文，選取其中記錄了發動機引氣系統相關活門空中工作狀態的部分，具體如表2所示。

表2記錄了B-55XX飛機在執行從武漢到浦東的航班時空中發動機引氣系統的狀態。GMT02：15 11（北京時間10：15 11）時，飛機駕駛艙的主警告燈亮。此時飛機的狀態參數為：飛行高度31099ft （9479m），大氣靜溫-28.8℃，總溫-2.0℃，左右發的引氣電門打開，APU引氣活門關閉，大翼防冰活門關閉，發動機整流罩防冰活門打開，左右空調組件打開在自動位，左右發動機的Nl轉速分別為87.91%和87.97%，左右發動機的氣源管道壓力分別為40psi和24psi，左右發動機的預冷器出口溫度分別為436°F和472°F。

在故障報告里，AHM給出了相應的手冊鏈接。點擊其中的“QUICK FIMTASK”，它給出了發動機引氣壓力與Nl和飛行高度關系圖（見圖2）。

關系圖表的橫軸是發動機的轉速，橫軸向右表示加大油門;圖表的左側縱軸是管道壓力;圖表中的線條標明了給定飛行高度，給定發動機轉速時應當出現的引氣規律或管道壓力讀數。這份圖表給出了海平面和5000ft飛行高度的壓力讀數，圖上的編號顯示了該線條給定區段內引氣系統所處的操作方式。

結合從ACARS報文中獲得的飛機狀態參數，可以判定飛機在高度31099ft、發動機Nl轉速87%左右時，發動機引氣系統的正常管道壓力應該是42±8psi，而此時右發的引氣壓力只有24psi，明顯不在標準范圍內;對比后還可以發現，右發的預冷器出口溫度高于左發的溫度。

為了幫助維修人員快速排除故障，故障報告中AHM不僅給出了可能產生此故障的部件名稱和故障現象，而且對每個故障部件更換后的排故效果做了統計。表3列出了AHM針對B-55XX右發預冷器系統故障可能的原因和排故效果，表格的左側是可能導致系統故障的組件名稱，右側是組件更換后的效果，CEA代表東航機隊，All代表所有裝有AHM的波音機隊，從表中看出，490。F超溫電門，東航機隊更換一次排除了故障，波音機隊一共更換過4次，故障排除率為100%;故障可能性最大的預冷器控制活門，東航機隊更換過4次，故障排除率為100%，波音機隊更換過29次，故障排除率為96%。維修人員據此更換了右發預冷器控制活門，并進行了測試，結果系統恢復正常，故障排除。

同樣的故障，如果按照傳統的故障診斷流程，依據FIM手冊進行排故，發現針對“右發引氣壓力低”故障，FIM手冊給出的故障隔離程序多達24頁，而且在故障隔離前需要進行初始評估，也就是說要模擬出飛機的故障狀態，以便記錄飛機的狀態參數，縮小排故范圍。傳統排故方法就是進行發動機試車驗證，通常試車要達到90%N1以上，以便模擬出整個發動機引氣系統工作的全行程，試車過程一般消耗航空煤油1～2噸，同時維修人員必須等到發動機冷卻后才能開始換件工作，整個排故過程耗時非常長。而采用AHM進行故障診斷，整個過程僅僅耗時90min，而且不需要試車驗證，大大提高了維修效率，減少了運行成本。

3總結

作為一種新的飛機故障診斷、監控技術，AHM不僅能夠為飛機引氣系統的故障診斷提供幫助，還可以應用于其他系統的故障診斷。AHM將飛機在空中的故障信息及時傳遞至地面，為客戶提供相關的排故資料，幫助進行故障診斷，制定相應的維修方案，極大地提高了飛機維修工作的效率和準確性，為飛機后續航班計劃的調整提供了依據，保障了航班的安全、準時、可靠。

參考文獻

[1] The Boeing Company. AHMReference Manual[Z]. 2014.

[2]張林.飛機健康管理（AHM）系統在航空運行中的應用和作用[J].科技傳播，2012， 3：158-159.

[3] The Boeing Company. ECSPneumatic System[2].2014.