民用飞机健康管理论文

摘要：在对民用飞机系统的故障预测与健康管理系统及其重要作用进行论述的基础上，分析了故障预测与健康管理（PHM）、视情维修（CBM）、自主保障（AL）及其相互关系。同时，论述了民用飞机系统的故障预测与健康管理系统的几个主要功能模块。今天小编给大家找来了《民用飞机健康管理论文(精选3篇)》，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助！

民用飞机健康管理论文 篇1：

现代民用飞机健康管理技术研究

摘 要：本文阐述了民用飞机故障预测与健康管理的概念，这项技术借助各种数据处理技术来诊断系统自身的健康状态，并在系统故障发生前对其进行预测，从而极大的提高了飞机的安全性和可靠性水平，大大减少了航空公司的维护成本。本文还研究了该技术在大型飞机的技术应用，其系统的功能和组成。

关键词：民用飞机 故障预测 健康管理

随着民用航空市场的迅速发展，大型民用客机的安全性、可靠性和维修保障等问题越来越受到制造商和航空公司的重视。安全性和经济性的双重需求，使得民用飞机故障预测与健康管理（PHM：Prognostic and Health Management）技术，逐渐成为新一代民用飞机设计和运营中的一个重要组成部分。故障预测与健康管理技术是通过远程收集飞机数据，实现飞机数据的实时显示，地面系统人员通过对飞机数据的综合分析，准确判断飞机的健康状态，对那些可能影响飞机签派放行的故障，提早发现、找出原因并给出最佳解决方案，从而优化排故维修工作，提高排故效率，达到提高飞机利用率、缩短飞机延误时间、减少非计划维修、降低运行成本和维修成本，降低全寿命运营成本的目的。

1 飞机健康管理系统的发展及现状

民用飞机健康管理技术经历了一个漫长的发展过程。从最初的机内测试（BIT：Built-In Test），依靠各系统和设备自身的电路和程序完成故障诊断和隔离[1]。直到20世纪90年代，波音在777飞机上首次运用了机载维护系统，将飞机上所有系统的故障信息集中的采集和处理，并可以实现故障的检测、定位、隔离等功能[2]。进入21世纪后，航空公司对于飞机安全性、维护性和经济性的更高要求，使得健康管理技术应运而生。目前，世界两大民用航空巨头波音和空客为争夺全球市场，投入巨资开发飞机健康管理系统，并作为一大卖点，运用到其最新研制的机型上。

AHM（Airplane Health Management）系统是波音公司联合其客户研发的用于支持飞机运营和维护工作的一套系统。AHM系统由实时故障管理功能模块、勤务和报警功能模块以及飞机性能监控功能模块组成。AHM系统主要收集的信息包括CMC故障报文信息、ACMS报文信息，到将来可能会将QAR数据信息一起收集起来。通过对以上数据的分析，AHM系统可以为用户提供飞机维护的支持。

2 飞机健康管理系统的功能

2.1 飞机故障信息监控

监控飞机所有的故障信息，将有驾驶舱效应的故障信息实时下传，其它故障信息在飞机落地后通过QAR、航后报PFR、机组人员日志（报告）等及时发送到地面监控系统。地面分析人员利用手册和历史数据并借助计算机辅助分析软件进行分析，按影响飞机签派的紧急程度给出最优排故方案，并在飞机落地后迅速排故，降低飞机延误率。

2.2 飞机超限事件实时监控

监控飞机超限事件，以帮助地面维护人员准确判断可能的损伤，及早采取必要的维护和修理手段，将非计划维修转为计划维修，减少飞机延误时间、减少对后续航班安排的影响。

2.3 飞机系统状态实时监控

实时监控那些影响飞机签派放行的关键系统的关键部件状态，并将超警戒信息通过ACARS实时从空中传向地面，以使地面分析人员通过分析，能够预测导致驾驶舱效应或影响飞机签派的故障发生的时间，提早发现故障，将非计划维修转为计划维修，并根据紧急程度给出优化的解决方案，在飞机落地后迅速排故，降低飞机延误率。

2.4 飞机性能监控

通过采集飞机稳定巡航时的性能参数，利用发动机状态报及相关参数模型进行飞机性能水平分析；计算实际飞机性能与基准性能的偏差；监控飞机/发动机性能趋势，对突然和连续衰减进行告警；从而实现：使机组在飞行过程中准确掌握预计燃油消耗量，保证飞行安全；对机队或飞机性能衰减的评估分析，为飞机的维修计划提供建议和支持。

3 飞机健康管理系统的组成

3.1 飞机健康管理系统的物理组成

从物理硬件组成的角度，飞机健康管理系统由机载健康管理系统、数据传输链路、地面健康管理系统三部分组成。

（1）机载健康管理系统。

机载健康管理系统主要通过实时获取并评估机载各系统/子系统的工作状态数据，并与飞机员显示系统相关联。

（2）地面健康管理系统。

地面健康管理系统包括地面监控管理、智能诊断、维修专家和远程客户终端等模块。对于机上监测系统无法处理的疑难复杂故障，可通过地空通信系统将故障数据传输到地面诊断监控中心，或借助于高级智能诊断系统和远程专家，对故障做出快速准确判断和处理。

（3）空地通信系统。

机载和地面健康管理系统通过空地通信系统实现数据传输。空地数据传输的方式有两种：航后传输和实时传输。航后传输是指机载健康管理系统采集了状态数据，在飞机着陆以后再将数据发送给地面系统，方式包括：QAR，WIFI，有线网络，USB和3G等；实时传输是指机载健康管理系统将采集到的状态数据实时的发送给地面，一般使用ACARS数据链的方式。

3.2 飞机健康管理系统的逻辑组成

从信息交互角度，可将飞机健康管理系统分成以下7个逻辑层。

（1）数据采集：全面采集全机各系统数据，并将数据转换成数字式的数据形式，所采集的数据应能够涵盖后续应用需求。

（2）数据处理：对传感器数据进行计算处理，这种处理可以是一种输入-输出映射，也可以是对原始测量数据的特征提取。

（3）状态检测：应通过对数据的计算，标识出飞机各系统的状态，并应基于预先定义的状态条件，检测出任何不正常状态，并在必要的条件下生成警报。

（4）健康状态评估：评估飞机全机及各系统的当前健康状态，采用推理算法诊断当前故障，并提供诊断的依据和参考信息。应考虑飞机在各种运行状态下的健康状态评估手段。

（5）健康状态预测：应采用多种模型算法，基于飞机数据和使用条件，预测飞机未来的健康状态发展趋势，预测未来将要发生的故障或失效，预测发生故障或失效的剩余使用时间。

（6）支持生成建议：应为生成可操作的维护建议提供支持。

（7）数据传输：在飞机机载故障预测与健康监控功能的基础上，飞机应将大量故障报告、BIT测试数据、状态监控数据、健康趋势报告、用于预测的数据等传输至地面系统，满足地面实时监控与健康管理系统进行进一步深入的分析和预测的需要。

4 结论

PHM技术的引入，改变了民用飞机传统的运营和维护模式，是降低其使用成本的有效手段，可以极大的提高民用飞机的使用经济收益，保证飞行安全，带来极高的社会和经济效益，从而增强民用飞机的市场竞争力。

参考文献

[1] 张宝珍，曾天翔.智能BIT技术[J].测控技术，2000（11）.

[2] 徐永成，温熙森，等.智能BIT概念与内涵探讨[J].计算机工程与应用，2001（14）.

作者：刘超

民用飞机健康管理论文 篇2：

民用飞机系统的故障预测与健康管理系统设计

摘要：在对民用飞机系统的故障预测与健康管理系统及其重要作用进行论述的基础上，分析了故障预测与健康管理（PHM）、视情维修（CBM）、自主保障（AL）及其相互关系。同时，论述了民用飞机系统的故障预测与健康管理系统的几个主要功能模块。

关键词：民用飞机；系统故障预测；健康管理

1.民用飞机系统的故障预测与健康管理系统及其重要作用

从民用飞机系统整体可靠性、安全性以及运行经济性的角度出发，采用预测技术作为支撑的故障预测及健康管理（PHM）方法已经在民航飞机故障预测中得到了更广泛的应用，同时也成为了当前飞机设计及运营的重要构成部分，是将来航空飞行器故障诊断体系的完善法制方向。当前，PHM技术的主要研究方向在于提高故障诊断以及故障预测的精度，同时通过扩大健康监控的应用对象的方法，逐步形成基于飞机状态的自主式保障体系。

目前，国内对PHM技术的研究和应用都处于技术早期阶段，虽然在飞机的系统运行状况监控、故障诊断的研究方面获得了一定的成果，但是因为故障诊断、状态监测与飞机管理维修工作相互分离，导致故障信息的反馈速度较慢，资源的共享性、可扩展性以及可靠性都较差，制约了飞机的整体性能。所以，在在飞机系统的基础管理工作中，构建其飞机系统故障预测以及健康管理系统对提高飞机的状态检测、故障预测与检测、故障维修水平具有重要作用。

2.故障预测与健康管理（PHM）、视情维修（CBM）、自主保障（AL）及其相互关系

2.1 . PHM、CBM与AL的概念

民用飞机的系统故障维修方式经历了包括反应性维修、预防性维修以及视情维修三个阶段。其中，视情维修需要飞机系统自身拥有对相关故障的预测以及故障诊断能力，从而达到系统故障维修的“经济可承受性”目的，这就产生了故障预测及系统健康管理的基本概念。PHM是一种针对飞机系统进行的全面故障检测、隔离以及预测的管理技术，其引入的最终目的是了解并预测故障的发生时间或者针对预测外的故障进行简答的处理，而不是直接对故障进行维修。

而AL则是一种基于知识的后勤保障系统，可以对飞机系统的综合保障需求进行辨别，同时建立起供应链管理、部件可靠性与安全性识别系统库，有利于维修任务的执行。

2.2. PHM、CBM与AL间的关系

PHM技术是基于自主保障以及视情维修基础之上的，是自主保障技术的实现以及事情维修技术目标达成的一项关键技术。目前，其作为美国空军CBM技术的最高水平，在减少维修人力耗费、增加航空飞机的运营效率等方面具有重要作用。随着PHM与CBM技术的不断发展，实现了民用飞机系统自助保障性能的不断提高，改善了飞机系统故障预测的精度及自主性能。

在民用飞机的设计过程中，将PHM系统贯穿进去，能够显著减小甚至消除故障诊断过程中测试设备、工具以及诊断设备的应用。同时，形成了一种以维修人员为主，集专家诊断技能于一体的执行功能。另外，有利于将部分不重要的零部件推迟维修，便于民用飞机航班密集时的部署。

3.基于PHM技术的自主保障系统的构建

在构建一个基本的PHM系统中，主要构建三个模块，如图1所示。该系统的最底层分布有飞机各个子系统的状态监测设备、PHM传感器等；顶层则是飞机的自主保障系统，主要是管理层。

从图1的结构来看，PHM系统通常由机载系统、地面接收系统以及自主保障系统等接口构成。其中，机载系统属于分布式系统，工作时需要分布式计算机对之予以支持。而PHM系统是整个自主保障系统的核心，工作过程中需要多个子系统进行分布式协作。所以，需要通过开放式、模块化以及标准的设计方法，通过形成标准、开放的连接接口才能实现。下面将对系统设计过程中的几个关键模块进行论述。

3.1. 数据采集模块

能够实时采集民用飞机故障预测以及健康管理系统各个部件的运行状态参数是实现故障预测及健康管理的基础，同时还是实现飞机自主保障的前提。当前在设计过程中，可以在飞机的关键部件设置PHM传感器，显著降低传感器的布置难度，提高了飞机PHM能力的水平。同时，通过完善的机载检测设备以及飞行参数记录设备对飞机系统进行健康监控，对保证数据传送的可靠性及稳定性提供了平台。

3.2. 信号处理模块

飞机的状态参数具有种类多、数量大的特点，必须将所采集的实际状态参数统一称为计算机能读取的数据格式，这样才能对飞机的故障特征、飞行运行状态等进行准确描述，从而降低故障预测以及故障诊断的难度。因为现代先进民用飞机的系统交互程度大，故障种类较多，飞机故障状态与原因之间存在着极其复杂的非线性映射状态。所以，通过智能算法对飞机多状态参数数据进行融合处理成为了飞机系统故障预测及健康管理的基础。

3.3 .诊断预测模块

目前，飞机的故障预测方法主要是通过物理失效模型进行计算预测的，通过数据驱动及融合的方式达到诊断预测的目的。而对飞机内部不同类型的子系统，则必须将这些方法综合运用，同时结合专家系统的模糊推理才能建立起有效的PHM系统，保证故障诊断预测功能得以实现。

3.4. 分析决策模块

PHM系统的另外一个特点在于其要求极高的时效性，而当前的系统都是在飞机降落之后才能得到相关部件的维修计划。当使用PHM系统得到诊断预测结果并作出对应的决策之后，自主保障系统将在飞机飞行过程中进行对应的故障隔离，同时在系统失效时间内安排维修计划，并在飞机降落前就通知对应的维修任务。这样就大大降低了飞机的维修时间，提高了飞机维修的精度，减少了航班延误的概率。

参考文献：

[1] 翟永杰.葛建宏. 故障预测与健康管理技术在风电检修中的应用前景分析[J]. -航空制造技术， 2010.

[2] 但敏，诸葛昌炜. 民用飞机部附件健康管理方法研究[J]. 航空维修与工程， 2011（4）.

作者：朱景辉

民用飞机健康管理论文 篇3：

航天装备任务仿真中STK软件的应用分析

摘 要：本文先从STK软件的基本功能介绍为切入点，探究了任务仿真中的具体步骤，得出了相应操作流程，最后通过对STK软件进行仿真模拟的分析，得出了STK软件在航天装备任务仿真中的一些结论，例如STK软件主要适用于一些仿真任务的数量较少、实时性差，但对场景可视化要求高的航天装备任务中;还能够通过STK软件的接口对其进行二次开发与利用，该方法主要应用于工程时间短、功能需求较单一的航天装备任务仿真中。

关键词：航天装备任务;STK软件;应用分析

引言：

伴随着我国科技的不断发展，随之推动航天技术的飞速进步，同时也对航天装备任务的仿真程度、设计真实性、规划合理性有着更严格的要求。STK软件作为航天装备任务仿真软件的核心，其具有高度可视化功能、相关模块组件完善、模型的精确度高、使用方法特别简捷等优点，并且也逐渐应用于的国外航天事业中。通过利用STK软件显示航天装备任务的模拟场景，不仅能够让操作人员的技术水平得到提升，还能够提升对航天装备任务进行技术分析的能力。

1 STK软件简介

STK其全称是Satellite Tool Kit，是AGI公司所研发出来的一款对航天任务进行模拟分析的软件，其对图像与数据有着强大的分析功能，保障了航天装备任务的持续运行，并为其提供更加高效的技术支持[1]。

1.1航天任务

航天工程师和相关任务操作人员能够通过STK软件对航天装备任务进行全方位的仿真模拟，不仅提高了其工作的熟练度，而且还能够形成规范化的操作流程，为以后的真实航天任务做准备。使用者能够通过AGI公司所提供的航天动力学引擎和相关模拟组件等技术达到对真实航天任务的流程规范与探寻航天装备任务的可行性，并且通过STK软件来对航天系统进行进一步的优化改造与升级，以此来保证航天装备任务能够顺利的完成[2]。

1.2自动化指挥系统

STK软件中的相关模块能够以最快的速度响应用户的需求。STK软件也是专门为C4ISR而进行研发的，所以以此背景下设计具有可视化能力强、计算能力强的特点。STK还能够对得出的结论进行快速的建模操作，以此来确保在设计、测试方面的能力;还能够通过发送模拟情报来锻炼操作者的反应能力，以此来确保在实际操作过程中的准确性。

1.3无人驾驶飞机和航空器任务

STK软件中的相关模块组件能够快速回应操作者发布的无人驾驶飞机和航天任务请求。STK软件还允许操作者能够对航天器进行特殊的设计，以及数据分析，让其软件的功能得到完善，并且仿真程度能够更加贴切实际[3]。

2 STK在航天装备任务仿真中的应用分析

STK在航天装备任务仿真中的主要要点有以下几点：

2.1制定矢量几何

首先需要为整个航天装备任务的场景构建空间坐标系、坐标轴和空间面，然后再通过绘制特殊的空间坐标系来重新规划航天器的状态与航行轨迹，最后通过对数据的分析来达到轨迹可视化的目的。

2.2消除空间环境的影响

通過STK软件对在轨道中的航天装备建立引力场模型，并且有效利用三体效应消除空间环境所带来的影响。

2.3对轨道、弹道设计实行变轨策略

STK软件不仅能够对航天装备的轨迹进行分析，而且还可以对运载火箭的运行轨迹进行分析，还可以通过对地球引力与月球引力等的分析实现航天装备变轨的操作，以此来更好的对航天装备进行更加准确的操作。

2.4姿态模型的建立

在进行航天装备任务仿真的过程中，STK软件需要对处于多个时间内的航天器进行姿态模型建立，以此来构建航行轨迹姿态、三轴稳定姿态和变轨姿态，更好地对航天器的航行状态与航行轨迹进行精准的把控。

2.5传感器模型的建立

在进行航天装备任务仿真的过程中，STK软件能够通过利用传感器掌握地面站的覆盖程度，以此来帮助软件进行相关的任务分析操作。

2.6通信模型的建立

通信模型的建立主要包含了信号发射器与信号接收器这两个设备，其模型建立初衷则是帮助软件分析航天器的抗干扰能力与其测控链路的性能，以此来对航天装备进行更加严格的管控。

2.7数据合并

STK能够通过三维图形窗口对航天器的测控链路进行有效、实时的监控，以此来保证航天装备所反馈的信息能够实时显示在操作者眼前。

2.8可操作性与系统集成性

STK软件能够与Matlab软件之间达成互相合作的关系，共同来对航天装备任务进行仿真场景的分析，能够更加真实的将画面模拟出来。

3 仿真案例分析

较之于其他仿真软件来说，STK的操作界面更加友好。该软件的设计主要是基于面向对象的理念，再结合分级组织的模式，完成仿真场景的制作。一个STK场景对应一个仿真实例，其中有六类运动对象、三类固定对象以及五类对象关系包含在STK场景中，除此之外还有四类设备存在于每种对象之下。要想进行实际的仿真建模或者是飞行演习，就可以通过场景的设定来完成[4]。同时STK软件还能对复杂的地面环境进行分析，给具体的航天作业制定最佳的执行计划。通过这种方式能达到更快的建模速度，因此就有效的缩短了任务的周期;但STK软件的程序扩展性较低，无法通过使用用户其它的代码程序，因此该软件只能运行已有的功能。

结束语

综上所述，STK软件能够对卫星的航行轨道进行模拟，并且将其模拟仿真的图像真实的显示出来，还能够对其所产生的数据进行有效的分析。工程师与操作者能够通过STK所分析出的数据来观测出航天装备任务中所存在的不足与需要改进的地方，还能够对其飞行轨迹和测试数据进行分析，充分的展示了STK软件在航天装备任务中的真实性与可行性，这也为我国的航天事业做出了卓越的贡献，让航天装备任务的仿真操作能够切切实实的应用于实际过程中。

参考文献：

[1]王卫杰，张雅声，任元，等.基于STK的航天器轨道动力学仿真教学方法研究[J].实验技术与管理，2020，v.37;No.285（05）：187-191.

[2]雷博持、牛新亮、井成、韩冲、万贝.STK及IGS广播星历在BDS仿真中的应用[J].航天控制，2020，v.38;No.187（05）：55-61.

[3]郝梁，肖枫，张润宁，等.应用多普勒牵引的高分辨率星载SAR滑动聚束模式设计方法[J].航天器工程，2020，029（002）：23-29.

[4]陈铭杰，池程芝，刘博文，等.基于场景的民用飞机健康管理可视化仿真研究与实现[J].航空科学技术，2020（7）：35-39.

作者：王勇 田勋 韩家翔