郭忠斌 楊凱 王赟 張翔 朱勇

摘要：基于ACARS的A320飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控報(bào)文是一種預(yù)測(cè)性維修方法，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析前輪轉(zhuǎn)彎控制傳感器3GC和位置反饋傳感器4GC的角度偏差，結(jié)合飛機(jī)速度、側(cè)風(fēng)等參數(shù)，設(shè)置報(bào)警門檻值，若關(guān)鍵參數(shù)超出預(yù)設(shè)的門檻值后觸發(fā)報(bào)文，ACARS會(huì)將報(bào)文實(shí)時(shí)發(fā)送到地面。該方法便于工程師提前預(yù)知故障并采取維修措施，較好地解決了A320飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎故障導(dǎo)致的占用跑道等惡性事件。

關(guān)鍵詞：A320飛機(jī)；前輪轉(zhuǎn)彎；ACARS報(bào)文；預(yù)測(cè)性維修；邏輯建模

Keywords： A320 aircraft；N/WS；ACARS reports；prognostic maintenance；logic model

0 引言

2018年10月1日，某航一架A320飛機(jī)執(zhí)行MU2125西安-武漢航班，飛機(jī)6：40準(zhǔn)時(shí)從西安咸陽(yáng)機(jī)場(chǎng)起飛，按照計(jì)劃9：43分抵達(dá)武漢天河機(jī)場(chǎng)，下降過(guò)程中ECAM（飛機(jī)電子中央監(jiān)視系統(tǒng)）出現(xiàn)N/W STRG FAULT警告，機(jī)組多次重置電門無(wú)效，飛機(jī)于9：48分落地，因無(wú)法轉(zhuǎn)彎占用跑道啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)程序，10：05分使用地面拖車將飛機(jī)拖離跑道。排故檢查中發(fā)現(xiàn)前輪定中后左偏，調(diào)節(jié)3GC、4GC并更換4GC、6GC和BSCU后，測(cè)試正常。此事件被局方定性為事故征候。

1 A320飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎故障現(xiàn)狀

統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)某航近三年A320機(jī)隊(duì)前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)不正常事件（見(jiàn)表1），可以看出A320前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)故障率較高，前輪轉(zhuǎn)彎故障導(dǎo)致的運(yùn)行中斷和返航/備降/滑回事件有增加趨勢(shì)，特別是2018年發(fā)生6次返航事件，在A320機(jī)隊(duì)返航/備降/滑回中排名靠前，高于客艙釋壓/發(fā)動(dòng)機(jī)空停/起落架系統(tǒng)，其中前輪轉(zhuǎn)彎故障引起的占用跑道事件屬于公共應(yīng)急響應(yīng)事件，給機(jī)隊(duì)安全運(yùn)行帶來(lái)較大壓力。

2 A320飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎工作原理

A320飛機(jī)前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)取消了傳統(tǒng)的鋼索系統(tǒng)，采用電控操作，3GC控制指令信號(hào)和4GC角度位置信號(hào)是主要的控制信號(hào)源，其將前輪的角度反饋給BSCU（剎車和轉(zhuǎn)彎控制組件），前輪轉(zhuǎn)彎使用黃系統(tǒng)（部分舊構(gòu)型飛機(jī)使用綠系統(tǒng)）液壓油，BSCU通過(guò)6GC（伺服控制活門）將駕駛艙手輪、腳蹬以及方向舵配平的指令信號(hào)轉(zhuǎn)變成液壓信號(hào)作動(dòng)前輪轉(zhuǎn)彎作動(dòng)筒工作（見(jiàn)圖1），地面滑行階段由手輪操控飛機(jī)方向，起飛滑跑時(shí)由腳蹬控制方向舵。落地滑跑中機(jī)組一般在40kt以上使用腳蹬，40kt以下使用手輪操控，因此低速滑行中手輪是前輪轉(zhuǎn)彎的主要控制方法，大多數(shù)滑偏主要發(fā)生在手輪操作的低速階段。手輪、腳蹬控制指令和前輪角度位置變化屬于線性變化（見(jiàn)圖2）。

3 前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控報(bào)文開(kāi)發(fā)

3.1 A320前輪滑偏主要原因

A320前輪滑偏的主要原因有跑道地面因素、側(cè)風(fēng)、剎車不一致、前輪磨損不均、前起轉(zhuǎn)彎?rùn)C(jī)械機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)等。其中，跑道不平、側(cè)風(fēng)、前輪磨損不均等不可預(yù)測(cè)的因素會(huì)隨著機(jī)場(chǎng)變更、天氣變化、輪胎定期維護(hù)而自動(dòng)消失。但由轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)原因影響的滑偏，則是一個(gè)長(zhǎng)期趨勢(shì)的積累，本文主要對(duì)此原因?qū)е碌那拜嗈D(zhuǎn)彎滑偏進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)防，基于A320轉(zhuǎn)彎控制系統(tǒng)工作原理，提出一種前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控報(bào)文開(kāi)發(fā)思路，該思路通過(guò)對(duì)比位置角度傳感器和指令傳感器之間的差值，可以監(jiān)控到BSCU輸出信號(hào)和轉(zhuǎn)彎作動(dòng)器作動(dòng)狀態(tài)。

3.2 基于ACARS的前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控報(bào)文

ACARS是現(xiàn)代民航飛機(jī)的一種空地?cái)?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，不但可以進(jìn)行艙單、OOOI、飛機(jī)位置等數(shù)據(jù)的傳輸，還可以將飛機(jī)上各個(gè)部件的工作參數(shù)實(shí)時(shí)下傳到維修控制中心?；贏CARS系統(tǒng)的報(bào)文是航空公司的一種預(yù)防性維修手段，通過(guò)對(duì)比排故記錄，可以找出前輪轉(zhuǎn)彎滑偏時(shí)傳感器的工作狀態(tài)，為前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控ACARS報(bào)文提供了一個(gè)有效方法。

采取ACARS報(bào)文可以做到準(zhǔn)確更新數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)發(fā)送到維修控制中心，對(duì)于前輪轉(zhuǎn)彎故障導(dǎo)致的沖出跑道、占用跑道等事故征候做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)響應(yīng)、快速處置。

3.3 報(bào)文邏輯建立

1）邏輯設(shè)定

邏輯建模是在以往多次返航備降事件的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析相同的案例，確定3GC、4DC作為關(guān)鍵參數(shù)。在地面滑行和空中放起落架后一定時(shí)間預(yù)設(shè)3GC和4GC之間的差值，在一定時(shí)間后對(duì)此差值預(yù)設(shè)門檻值，超出門檻值時(shí)生成報(bào)文，通過(guò)ACARS系統(tǒng)實(shí)時(shí)下傳到地面；同時(shí)，對(duì)影響前輪轉(zhuǎn)彎的液壓油系統(tǒng)也進(jìn)行監(jiān)控，低于警戒值的也下傳到地面。地面處理平臺(tái)對(duì)下傳的報(bào)文二次優(yōu)化，將真實(shí)報(bào)警傳遞到維修控制中心（見(jiàn)圖3）。

2）邏輯偏差和修正

使用3GC和4GC之間的差值，雖然理論上可以監(jiān)控到前輪滑偏，但通過(guò)使用MSAP系統(tǒng)大數(shù)據(jù)篩選，對(duì)比2018年以來(lái)某航300多架A320飛機(jī)的數(shù)據(jù)，反映過(guò)前輪轉(zhuǎn)彎滑偏采取排故的維修記錄和差值數(shù)據(jù)吻合的不足10%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)測(cè)性維修所具備的百分比。分析其原因，認(rèn)為主要是由于FDIMU的數(shù)據(jù)來(lái)源與BSCU一致，均是接收來(lái)自指令角度3GC和位置反饋角度4GC數(shù)值，當(dāng)其中任一數(shù)值發(fā)生偏差時(shí)，F(xiàn)DIMU和BSCU都無(wú)法感知是傳感器的偏差還是飛機(jī)前輪物理角度的偏差，誤認(rèn)為前輪角度為真實(shí)位置，從而使BSCU輸出偏差指令導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎滑偏。A320機(jī)隊(duì)大部分的滑偏都是這種情況，排故主要是調(diào)節(jié)3GC、4GC阻值。導(dǎo)致計(jì)算機(jī)無(wú)法識(shí)別的根本原因是地面沒(méi)有機(jī)械零位參照點(diǎn)，這也是地面排故反復(fù)持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的原因。

根據(jù)前輪轉(zhuǎn)彎工作原理，在空中時(shí)前起落架收上，靠?jī)?nèi)部壓力通過(guò)定中凸輪將前輪固定在機(jī)械中立位，此時(shí)可以認(rèn)為前輪轉(zhuǎn)彎在機(jī)械零位。起落架放下并鎖定后，BSCU立刻依次完成正常剎車、備用剎車和前輪轉(zhuǎn)彎操作測(cè)試。前輪轉(zhuǎn)彎操作測(cè)試分為5個(gè)步驟（見(jiàn)圖4），主起落架接地前一直保持第五步完成時(shí)的狀態(tài)，即BSCU一直輸出一個(gè)0°的控制指令，此時(shí)可以認(rèn)為前輪轉(zhuǎn)彎在控制零位。分別記錄前輪轉(zhuǎn)彎在機(jī)械零位和控制零位時(shí)的前輪角度（MSAP系統(tǒng)對(duì)應(yīng)NWS_WHEEL_ ANGLE參數(shù)），兩個(gè)數(shù)值的差值即可認(rèn)為是機(jī)械零位和控制零位的角度偏差?？罩星拜喍ㄖ性砗虰SCU測(cè)試步驟解決了地面滑行時(shí)FDIMU無(wú)法識(shí)別前輪物理零位的缺點(diǎn)，對(duì)比這個(gè)角度差值，可以反映出前輪轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)的真實(shí)偏差，特別是3GC、4GC的偏差，通過(guò)編寫(xiě)ACMS報(bào)文達(dá)到監(jiān)控前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)的目的。

3）關(guān)鍵數(shù)據(jù)分析和驗(yàn)證

利用MSAP系統(tǒng)，采集起落架手柄收上前20s和30s的NWS_WHEEL_ ANGLE作為機(jī)械零位時(shí)的前輪角度，采集起落架手柄收上后90s和100s的NWS_WHEEL_ANGLE作為控制零位時(shí)的前輪角度，得到2019年1月1日至2020年5月30日A320ceo機(jī)隊(duì)所有航班前輪角度差值，共計(jì)50多萬(wàn)條航班數(shù)據(jù)。對(duì)所有這些前輪角度差值數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)3GC和4GC會(huì)改變機(jī)械零位時(shí)的NWS_WHEEL_ ANGLE，更換6GC或者6GC伺服活門會(huì)改變控制零位時(shí)的NWS_WHEEL_ ANGLE。由于MSAP系統(tǒng)數(shù)據(jù)有缺失和算法并不完善，導(dǎo)致存在一部分不正確數(shù)據(jù)，篩選角度差在1～2和-2～-1之間的航班（正負(fù)僅表示左偏或者右偏），共計(jì)3121個(gè)航班，集中在B6926、B6375、B9943等飛機(jī)（見(jiàn)圖5）。

對(duì)比圖5和表2數(shù)據(jù)可以看出，前輪轉(zhuǎn)彎指令零位和機(jī)械零位之間偏差是前輪轉(zhuǎn)彎滑偏的一個(gè)重要因素。實(shí)際案例也驗(yàn)證了大數(shù)據(jù)分析結(jié)果，支持了以上報(bào)文邏輯的正確性。

4）報(bào)文格式

報(bào)文分為四個(gè)部分：報(bào)文及基本信息、輔助參數(shù)、觸發(fā)代碼及關(guān)鍵參數(shù)。報(bào)文和基本信息用于地面平臺(tái)獲取時(shí)的機(jī)號(hào)、時(shí)間及類別識(shí)別；輔助參數(shù)部分用于觸發(fā)報(bào)文后幫助工程師判斷是否有其他關(guān)聯(lián)系統(tǒng)原因；觸發(fā)代碼用于界定滑偏由哪些部件引起；關(guān)鍵參數(shù)幫助工程師進(jìn)一步分析故障發(fā)生時(shí)哪個(gè)部件最有可能性能降低。報(bào)文格式可參考圖6。

4 報(bào)文的實(shí)際使用

目前，基于ACARS的A320前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控報(bào)文已安裝到某航300多架飛機(jī)上，個(gè)別飛機(jī)已監(jiān)控到前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)發(fā)生了偏移。2020年8月5日，B8566飛機(jī)觸發(fā)前輪轉(zhuǎn)彎監(jiān)控報(bào)文，角度偏差為1.8°，通過(guò)詢問(wèn)機(jī)組，反映轉(zhuǎn)彎稍有偏差，航后檢查前輪磨損不一致，更換兩個(gè)前輪，后續(xù)報(bào)文監(jiān)控顯示角度差值變?yōu)?.3°，見(jiàn)圖7。

利用大數(shù)據(jù)分析，通過(guò)捕捉故障發(fā)生前的關(guān)鍵參數(shù)變化規(guī)律，科學(xué)建模，開(kāi)發(fā)前輪轉(zhuǎn)彎狀態(tài)監(jiān)控的ACMS報(bào)文，可以很好地預(yù)防A320機(jī)隊(duì)普遍存在的、機(jī)組反映頻率較高的前輪轉(zhuǎn)彎滑偏問(wèn)題。

作者簡(jiǎn)介

郭忠斌，工程師，主要從事空客飛機(jī)技術(shù)支援與運(yùn)行控制工作。