基于AHM的波音737NG引气系统故障诊断

张宇

摘要：飞机健康管理系统（ AHM）是波音公司推出的数字化先进飞机维护工具，具有故障诊断和状态监控功能，能够为客户提供全面的技术支持，帮助维修人员快速准确地诊断故障。本文利用AHM对波音737NG飞机引气系统进行故障诊断，能比传统方法更加快速有效地获得诊断结果。

关键词：故障诊断;飞机健康管理系统;引气系统

0引言

波音737NG飞机引气系统是非常重要的一个系统。当飞机在空中时，它是座舱压力的唯一供气来源，一旦发生故障，就会影响飞机的客舱压力控制，如果双发引气失效，将直接导致客舱失压。引气系统的故障通常比较复杂，首先，引气系统的部件较多且相互之间关联性较强，同样故障表现的故障原因却不尽相同，如引气组件跳开，可能是超压也可能是超温，还有可能两个原因都有，而温度和压力之间又有联系，不易判断;其次，引气系统的部件受环境因素的影响较大，当系统部件工作在临界状态时，可能由于组件本体受到污染而造成工作不稳定，进而造成系统故障，甚至还出现更换某一部件后故障现象消失，几天后故障又再现的情况。维修人员为了彻底排除故障，可能同时更换很多部件.造成拆下来的隔离件无法区分是可用件还是故障件，增加了工作量，提高了维修成本。AHM的故障诊断系统的出现，为快速高效地排除波音737NG飞机引气系统故障提供了新的途径。

1AHM的故障诊断系统

飞机健康管理系统（AHM）是波音公司推出的数字化先进飞机维护工具，是近年来出现的飞机维修新理念和新技术，具有故障诊断和状态监控两大功能，能够为维修人员提供全面的技术支持，降低飞机的维修成本，提高飞机的维修质量，同时为整个机队的可靠性提供强有力的保证^[1]。目前波音公司AHM在全球61家航空公司用戶的2000多架飞机上获得了应用，其中超过75%的波音777、50%的波音747-400和所有的波音787机队都采用了AHM工具。2014年8月4日，中国东方航空及其子公司上海航空和中国联合航空引入AHM，将其应用于东航机队157架波音737NG上，并最终将覆盖250架737NG飞机。

AHM利用机载电子设备和飞机状态监控系统采集记录飞机的各种数据，对数据进行必要的转化筛选，提取故障数据格式化，形成故障信息，再根据故障的严重程度发出相应的警告，利用空地数据链将其传递到地面监控站，帮助维修人员进行故障诊断;同时，针对影响飞机的故障信息，AHM系统会提供相关的维护文件链接，包括WDM、SSM、IPC、FIM、AMM、MEL以及波音文档，帮助维修人员提前准备相应的工具、设备、航材，为飞机落地排故做相应的部署。

AHM的故障诊断系统将专家系统故障诊断和神经网络故障诊断两种故障诊断方法的优点融合在一起，既可以对已知的故障做到快速诊断，又可以实现自主学习、自我更新的功能。首先，该系统将收集到的故障数据送入专家系统进行诊断，由于专家系统的知识规则库里已经存储了大量的故障诊断实例，系统一旦发现与以往的范例相匹配的情况即可快速完成故障诊断，维修人员可以马上查看过去的故障记录，制定排故方案。当专家系统未能找到相匹配的故障诊断实例，或者这个故障数据未存贮在故障库时，AHM将启动神经网络故障诊断模式，将故障信息中的关键值与故障模式建立对映关系，将故障所对应的可能原因、所采取的措施以及实施效果呈现出来，协助维修人员完成故障诊断。当维修人员根据AHM提供的输出信息成功完成故障诊断后，神经网络系统利用自主学习能力，将这条信息更新到知识库和样本库中，实现不断自我完善的功能。

2案例介绍

下面以一则真实的737NG飞机发动机引气故障为例，利用AHM进行故障诊断。

B-5530飞机航后落地，维修人员在检查飞机记录本时，发现机组反映“飞机爬升时，右发引气压力低”。根据此故障描述，登录AHM（见图1），发现系统自动将其判别为“Right Engine PreCoolerSystem Fault”（右发预冷器系统故障），并给出了M级的警告。

打开具体的故障报告，发现故障报告都有相应的ACARS报文，报文中记录的文字段都有特殊的含义。

AHM会提供文件对系统的项目含义加以说明，表l是对引气系统各个名称的注释。针对B-55XX故障，AHM提供了相应的ACARS报文，选取其中记录了发动机引气系统相关活门空中工作状态的部分，具体如表2所示。

表2记录了B-55XX飞机在执行从武汉到浦东的航班时空中发动机引气系统的状态。GMT02：15 11（北京时间10：15 11）时，飞机驾驶舱的主警告灯亮。此时飞机的状态参数为：飞行高度31099ft （9479m），大气静温-28.8℃，总温-2.0℃，左右发的引气电门打开，APU引气活门关闭，大翼防冰活门关闭，发动机整流罩防冰活门打开，左右空调组件打开在自动位，左右发动机的Nl转速分别为87.91%和87.97%，左右发动机的气源管道压力分别为40psi和24psi，左右发动机的预冷器出口温度分别为436°F和472°F。

在故障报告里，AHM给出了相应的手册链接。点击其中的“QUICK FIMTASK”，它给出了发动机引气压力与Nl和飞行高度关系图（见图2）。

关系图表的横轴是发动机的转速，横轴向右表示加大油门;图表的左侧纵轴是管道压力;图表中的线条标明了给定飞行高度，给定发动机转速时应当出现的引气规律或管道压力读数。这份图表给出了海平面和5000ft飞行高度的压力读数，图上的编号显示了该线条给定区段内引气系统所处的操作方式。

结合从ACARS报文中获得的飞机状态参数，可以判定飞机在高度31099ft、发动机Nl转速87%左右时，发动机引气系统的正常管道压力应该是42±8psi，而此时右发的引气压力只有24psi，明显不在标准范围内;对比后还可以发现，右发的预冷器出口温度高于左发的温度。

为了帮助维修人员快速排除故障，故障报告中AHM不仅给出了可能产生此故障的部件名称和故障现象，而且对每个故障部件更换后的排故效果做了统计。表3列出了AHM针对B-55XX右发预冷器系统故障可能的原因和排故效果，表格的左侧是可能导致系统故障的组件名称，右侧是组件更换后的效果，CEA代表东航机队，All代表所有装有AHM的波音机队，从表中看出，490。F超温电门，东航机队更换一次排除了故障，波音机队一共更换过4次，故障排除率为100%;故障可能性最大的预冷器控制活门，东航机队更换过4次，故障排除率为100%，波音机队更换过29次，故障排除率为96%。维修人员据此更换了右发预冷器控制活门，并进行了测试，结果系统恢复正常，故障排除。

同样的故障，如果按照传统的故障诊断流程，依据FIM手册进行排故，发现针对“右发引气压力低”故障，FIM手册给出的故障隔离程序多達24页，而且在故障隔离前需要进行初始评估，也就是说要模拟出飞机的故障状态，以便记录飞机的状态参数，缩小排故范围。传统排故方法就是进行发动机试车验证，通常试车要达到90%N1以上，以便模拟出整个发动机引气系统工作的全行程，试车过程一般消耗航空煤油1～2吨，同时维修人员必须等到发动机冷却后才能开始换件工作，整个排故过程耗时非常长。而采用AHM进行故障诊断，整个过程仅仅耗时90min，而且不需要试车验证，大大提高了维修效率，减少了运行成本。

3总结

作为一种新的飞机故障诊断、监控技术，AHM不仅能够为飞机引气系统的故障诊断提供帮助，还可以应用于其他系统的故障诊断。AHM将飞机在空中的故障信息及时传递至地面，为客户提供相关的排故资料，帮助进行故障诊断，制定相应的维修方案，极大地提高了飞机维修工作的效率和准确性，为飞机后续航班计划的调整提供了依据，保障了航班的安全、准时、可靠。

参考文献

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

[2]张林.飞机健康管理（AHM）系统在航空运行中的应用和作用[J].科技传播，2012， 3：158-159.

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