民用飞机空调系统健康评估与故障诊断方法研究

摘要

飞机空调系统（ACS）是飞机最重要的子系统之一，但是长期以来关于飞机空调系统状态监测、故障诊断和健康管理的研究并不像发动机、起落架等其他飞机重要系统那样受到重视。由于没有成熟的健康监测方法，空调系统故障多为突发性故障。尤其在夏季，经常发生驾驶舱面板各种灯亮以及温控系统失效等故障现象，从而导致频繁的非计划维修，极大的影响到航空公司正常飞行计划和经济效益。此外，目前国内航空公司对于飞机空调系统的故障定位、隔离与排除工作主要是依据制造商提供的维修手册来进行，但手册作为指南使用，内容及信息量相当庞大，查阅较为困难，系统的故障定位、诊断和排除工作困难，一直是民航领域航线维修的难题。所以亟需对如何减少飞机空调系统非计划维修以及快速有效的航线故障隔离展开科学的研究。基于此，本文选择空调系统作为研究对象，开展基于飞行记录数据的空调系统健康监测与故障诊断方法的研究，为尽早实现空调系统的视情维修以及健康管理提供技术支撑。 首先，本文从空调系统基本原理、航线常见故障模式入手，建立了空调系统监测参数体系。结合航空公司调研结果选择制冷系统中的热交换器部件做为研究对象，提出了空调系统基线模型的概念，然后利用国内某航空公司提供的六架飞机QAR数据建立了热交换器基线模型并进行了验证。结果表明，基于实际飞行数据所建立的热交换器基线模型能很好的反映热交换器性能退化程度，可以在由热交换器性能退化引起空调系统故障前提前检测到性能退化，避免由于故障导致的飞机非计划维修，实现热交换器的视情维修。 其次，利用多元信息融合诊断的概念，建立基于专家经验和结构学习融合的空调系统贝叶斯故障诊断网络，并利用实际案例数据进行验证。结果表明，贝叶斯故障诊断网络具有良好的故障推理性能，可以作为航空公司工程人员在进行空调系统故障诊断、隔离时的辅助排故工具，减少系统排故所用时间，提高飞机利用率。 最后，结合目前航空公司关于空调系统健康管理需求分析上，根据前面章节所研究的内容，从航空公司实际工程应用角度出发，设计出集成化的民机空调系统PHM模型。来辅助航空公司对空调系统子部件进行健康监测、故障预测以及提供辅助诊断信息，实现自动化的系统健康管理。

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