靳國濤， 解海濤， 丁 舸

(中國航空工業(yè)集團(tuán)公司成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所，四川 成都 610073)

故障診斷技術(shù)是一種通過監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)對設(shè)備發(fā)生的故障給出診斷結(jié)論，并能對設(shè)備工作狀態(tài)的未來趨勢做出判斷的技術(shù)。1967年美國宇航局倡導(dǎo)成立了美國機(jī)械故障預(yù)防小組，從事故障診斷技術(shù)的研究和應(yīng)用。我國自20世紀(jì)80年代中期就開始了對故障診斷的研究，在實(shí)踐應(yīng)用上還是基本落后于國外的發(fā)展。國內(nèi)故障診斷的研究與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系不太緊密，研究人員往往缺乏現(xiàn)場故障診斷的經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)歷了多年發(fā)展，故障診斷技術(shù)應(yīng)用了多種新理論和算法，主要有基于信號處理的方法[1]、基于數(shù)學(xué)模型的方法和基于知識的方法[2]。隨著人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于知識的智能故障診斷方法逐漸成為故障診斷研究的主流和發(fā)展方向。

剎車系統(tǒng)是關(guān)乎飛機(jī)安全的重要系統(tǒng)。近年來，飛機(jī)剎車系統(tǒng)呈現(xiàn)故障高發(fā)的態(tài)勢，剎車壓力偏小、偏大或波動(dòng)大等故障輕則影響飛行任務(wù)，重則導(dǎo)致飛機(jī)主機(jī)輪爆破而影響飛行安全，給用戶使用造成了極大的困擾。

現(xiàn)階段包括剎車系統(tǒng)在內(nèi)的飛機(jī)系統(tǒng)故障診斷多采用故障樹分析法，它依賴于各系統(tǒng)專家豐富的專業(yè)知識和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]運(yùn)用基于故障樹分析法的故障診斷系統(tǒng)完成了對飛機(jī)剎車系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的故障診斷，Hamza等[5]則對比分析了故障樹分析法存在的局限性?；诠收蠘浞治龇ǖ墓收显\斷系統(tǒng)能夠直觀地表達(dá)系統(tǒng)的故障模式，便于快速準(zhǔn)確地進(jìn)行故障診斷，但要求具備完整的故障信息庫，這通常需要領(lǐng)域?qū)＜疫\(yùn)用工程知識并結(jié)合大量故障案例花費(fèi)較長的時(shí)間來建立。對于交付使用時(shí)間不長的飛機(jī)，短期內(nèi)建立一套完整的故障信息庫是非常困難的，所以采用故障樹分析法有時(shí)難以給出滿意的診斷結(jié)果。另外，基于故障樹分析法的故障診斷系統(tǒng)側(cè)重于對已發(fā)生的故障進(jìn)行定位，這時(shí)故障造成的損害和影響往往已成事實(shí)，無助于降低剎車系統(tǒng)故障率。

回歸分析法是一種重要的預(yù)測方法，根據(jù)回歸預(yù)測模型計(jì)算預(yù)測值，并對預(yù)測值進(jìn)行綜合分析，確定最后的預(yù)測值。本文對回歸分析法加以改造后將其用于故障診斷。針對飛機(jī)剎車系統(tǒng)故障高發(fā)的態(tài)勢和現(xiàn)有故障診斷方法存在的不足，根據(jù)剎車系統(tǒng)使用特點(diǎn)和工作數(shù)據(jù)，通過回歸分析法建立剎車系統(tǒng)輸入的剎車指令與輸出的剎車壓力之間回歸關(guān)系函數(shù)表達(dá)式，確定預(yù)測區(qū)間并進(jìn)行修正后作為剎車壓力的正常分布區(qū)間和故障檢測手段，結(jié)合故障征兆判據(jù)對剎車系統(tǒng)現(xiàn)有工作數(shù)據(jù)中隱藏且還未發(fā)生的故障(簡稱“故障征兆”，下同)進(jìn)行預(yù)先檢測和隔離，可以將故障扼殺在萌芽狀態(tài)，顯著提高故障預(yù)防效果，達(dá)到降低剎車系統(tǒng)故障發(fā)生率、保障飛機(jī)安全的目的。

1 剎車系統(tǒng)介紹

1.1 工作原理

飛機(jī)剎車系統(tǒng)的功能是接收來自飛行員或飛機(jī)管理計(jì)算機(jī)的剎車指令，按要求向機(jī)輪剎車裝置輸出相應(yīng)的剎車壓力，使飛機(jī)安全剎停在跑道上。飛機(jī)剎車系統(tǒng)一般由主剎車系統(tǒng)和應(yīng)急剎車系統(tǒng)組成，原理簡圖如圖1所示。文獻(xiàn)[6]對飛機(jī)剎車系統(tǒng)工作原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹。

圖1 飛機(jī)剎車系統(tǒng)原理簡圖

主剎車系統(tǒng)主要包括剎車控制器、電磁閥、電液伺服閥、機(jī)輪剎車裝置、壓力傳感器和輪速傳感器等，其中剎車控制器是剎車系統(tǒng)控制的“大腦”，電液伺服閥是剎車系統(tǒng)的重要執(zhí)行部件。需要?jiǎng)x車時(shí)，剎車控制器接收來自飛機(jī)管理計(jì)算機(jī)或飛行員的剎車指令，控制打開電磁閥，使液壓油進(jìn)入到電液伺服閥中；剎車控制器根據(jù)輪速傳感器和壓力傳感器反饋的機(jī)輪轉(zhuǎn)速信號和剎車壓力信號，結(jié)合剎車指令，控制電液伺服閥輸出合適的剎車壓力至機(jī)輪剎車裝置進(jìn)行剎車。當(dāng)左右機(jī)輪輪速相差較大時(shí)，剎車控制器會(huì)啟動(dòng)防滑功能，防止機(jī)輪抱死。防滑啟動(dòng)后，電液伺服閥不再響應(yīng)剎車指令輸出相應(yīng)的剎車壓力，而是由剎車控制器結(jié)合當(dāng)前飛機(jī)狀態(tài)綜合判斷后控制電液伺服閥輸出合適的剎車壓力。需要解除剎車時(shí)，剎車系統(tǒng)控制電磁閥關(guān)閉，切斷液壓進(jìn)油，同時(shí)控制剎車管路與回油管路接通，泄掉機(jī)輪剎車裝置內(nèi)的壓力。

應(yīng)急剎車系統(tǒng)是主剎車系統(tǒng)的備份。當(dāng)主剎車系統(tǒng)由于故障不能滿足飛機(jī)剎車需求時(shí)，飛機(jī)會(huì)控制啟用應(yīng)急剎車系統(tǒng)對飛機(jī)進(jìn)行剎車。

1.2 常見故障

飛機(jī)剎車系統(tǒng)常見的故障如表1所示。

飛機(jī)剎車系統(tǒng)故障主要表現(xiàn)為進(jìn)行地面剎車壓力檢查時(shí)剎車壓力不在正常范圍內(nèi)，影響飛機(jī)出動(dòng)和執(zhí)行任務(wù)；滑跑過程中剎車壓力不正常，導(dǎo)致飛機(jī)出現(xiàn)偏航、剎車距離變長或主剎車報(bào)故降級，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致主機(jī)輪拖胎爆破，文獻(xiàn)[7]和文獻(xiàn)[8] 分析了剎車系統(tǒng)的典型故障。剎車系統(tǒng)故障率較高的產(chǎn)品通常是電液伺服閥和壓力傳感器，電液伺服閥是剎車壓力的調(diào)節(jié)和輸出部件，多由于異物污染或內(nèi)部附件故障導(dǎo)致輸出異常剎車壓力；壓力傳感器是剎車壓力的采集部件，其故障會(huì)導(dǎo)致剎車壓力顯示異常，剎車控制系統(tǒng)收到不真實(shí)的剎車壓力信號后報(bào)故或降級，對系統(tǒng)正常使用造成不利影響。

表1 剎車系統(tǒng)常見故障

剎車系統(tǒng)控制復(fù)雜，故障模式較多，且仍沒有有效的故障檢測和預(yù)防手段，現(xiàn)行的維修方式也不能有效預(yù)防故障的發(fā)生。目前剎車系統(tǒng)多采用容錯(cuò)控制算法[9]保證故障時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，有一定的作用，但對一些未暴露或未認(rèn)知到的故障效果有限?；趧x車系統(tǒng)故障多發(fā)的現(xiàn)狀，如能采用預(yù)防性的故障診斷方法，即在剎車系統(tǒng)故障發(fā)生前檢測出故障征兆并對其進(jìn)行隔離和排除，就可極大地降低剎車系統(tǒng)故障發(fā)生率。

2 故障診斷方法

2.1 診斷流程

故障征兆是故障發(fā)展的早期階段，它隱藏在大量實(shí)際飛行數(shù)據(jù)中，由于未達(dá)到飛機(jī)系統(tǒng)報(bào)故條件而無法被察覺，因此需要經(jīng)過一定的獲取技術(shù)去挖掘、判斷。飛行數(shù)據(jù)是獲取故障征兆的重要信息源[10]。因此運(yùn)用回歸分析法和工程知識預(yù)先對飛機(jī)剎車系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)中隱藏的故障征兆進(jìn)行檢測和隔離。故障診斷流程如圖2所示。

故障征兆診斷包含故障征兆檢測和故障征兆隔離。故障征兆檢測的目的是判斷剎車系統(tǒng)是否存在故障征兆。首先在剎車系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫中獲取一定容量的樣本，建立輸入的電壓值與輸出的剎車壓力之間的回歸方程，并確定回歸方程中剎車壓力值的預(yù)測區(qū)間；其次結(jié)合預(yù)測區(qū)間與故障征兆判據(jù)對剎車系統(tǒng)近期的工作數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷。如判斷結(jié)果顯示無故障征兆，則將工作數(shù)據(jù)放入剎車系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中；如發(fā)現(xiàn)故障征兆，則通過剎車系統(tǒng)故障信息庫、排故手冊或?qū)＜覉F(tuán)隊(duì)對故障征兆進(jìn)行隔離和排除。

故障征兆隔離的目的是把發(fā)現(xiàn)的故障征兆定位到實(shí)施修理時(shí)可更換的產(chǎn)品層次，便于故障排除。故障征兆隔離時(shí)，先在現(xiàn)有剎車系統(tǒng)故障信息庫中檢索是否有類似的故障案例，如有則依照定位的故障原因進(jìn)行排故，如無類似案例時(shí)則運(yùn)用系統(tǒng)排故手冊對故障進(jìn)行定位；對于系統(tǒng)排故手冊無法覆蓋且故障機(jī)理相對復(fù)雜的故障征兆則需要依賴專家團(tuán)隊(duì)支持完成隔離，同時(shí)進(jìn)一步完善系統(tǒng)排故手冊。故障征兆隔離后，盡可能采用基層級維修方式實(shí)施修理。對于頻繁誘發(fā)故障征兆的產(chǎn)品元器件，應(yīng)進(jìn)行故障診斷、健康管理和使用壽命預(yù)測研究，優(yōu)化維修策略，降低故障率。文獻(xiàn)[11]通過小波包分析法可有效提取電機(jī)滾動(dòng)軸承故障信號并對其進(jìn)行故障診斷；文獻(xiàn)[12]和文獻(xiàn)[13]通過建立不同退化階段的軸承模型，實(shí)現(xiàn)了不同狀態(tài)下軸承的健康趨勢分析和剩余使用壽命預(yù)測，對實(shí)際工業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

圖2 剎車系統(tǒng)故障征兆診斷流程

飛機(jī)滑行過程中，當(dāng)出現(xiàn)異常情況啟動(dòng)防滑后，剎車壓力將不再響應(yīng)剎車指令，剎車系統(tǒng)防滑時(shí)間一般較短，時(shí)間較長時(shí)會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)報(bào)故。本文不討論防滑期間剎車系統(tǒng)故障征兆診斷，在進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)，過濾掉防滑期間的剎車指令和剎車壓力值，同時(shí)剔除數(shù)據(jù)中的一些異常值。

2.2 一元線性回歸分析法

回歸分析法是處理多變量間相依關(guān)系的統(tǒng)計(jì)方法，它是數(shù)理統(tǒng)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛的方法之一，最小二乘回歸分析是最典型的線性回歸算法[14]?；貧w分析法基于觀測數(shù)據(jù)建立兩種或兩種以上變量(自變量和因變量)間相互依賴的定量關(guān)系，以分析數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律。按照自變量的多少，可分為一元回歸分析和多元回歸分析；按照自變量和因變量之間的關(guān)系類型，可分為線性回歸分析和非線性回歸分析?；貧w分析是一種預(yù)測性的建模技術(shù)，常用于預(yù)測分析。例如基于回歸分析建立的設(shè)備頻率測量方法比其他方法測量精度更高，也更易實(shí)現(xiàn)[15]；運(yùn)用回歸分析法分析影響道路交通事故的主要因素，可達(dá)到有效預(yù)防交通事故、提高道路交通效率的目的[16]。本文運(yùn)用一元線性回歸分析法建立一種剎車壓力的檢測區(qū)間，對隱藏在剎車系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)中的故障征兆進(jìn)行檢測，一元線性回歸分析方法如下。

(1) 建立一元線性回歸方程。

根據(jù)研究對象特點(diǎn)選擇合適的因變量和自變量，若樣本數(shù)據(jù)顯示二者符合線性關(guān)系，則建立一元線性回歸模型：

y=a+bx+ε

(1)

式中，y為因變量；a為常數(shù)項(xiàng)；b為回歸系數(shù)；x為自變量；ε為隨機(jī)誤差項(xiàng)，反映了除x和y線性關(guān)系之外的隨機(jī)因素對y的影響。假定回歸模型中隨機(jī)誤差項(xiàng)ε是期望值為0(E(ε)=0)的隨機(jī)變量，它服從正態(tài)分布，那么對于一個(gè)給定的x值，y的期望值：

E(y)=a+bx

(2)

(3)

(4)

(2) 回歸方程檢驗(yàn)。

一元線性回歸方程檢驗(yàn)主要包括擬合優(yōu)度檢驗(yàn)和顯著性檢驗(yàn)。

擬合優(yōu)度是指回歸直線對觀察值的擬合程度。度量擬合優(yōu)度的統(tǒng)計(jì)量是可決系數(shù)R2，R2值越接近1，說明回歸直線對觀測值的擬合程度越好，反之越差。可決系數(shù)R2的計(jì)算公式為

(5)

(6)

式中，H0為原假設(shè)；H1為備擇假設(shè)。原假設(shè)H0的拒絕域?yàn)?/p>

(7)

式中，左側(cè)為計(jì)算的F值；右側(cè)為查到的F表值。若拒絕H0，表示回歸方程中自變量與因變量的線性關(guān)系顯著，反之則不存在線性關(guān)系。

(3) 建立因變量y個(gè)別值的預(yù)測區(qū)間。

利用估計(jì)的一元線性回歸方程，對于自變量x的一個(gè)給定的值x0，可求出對應(yīng)的因變量y的一個(gè)個(gè)別值y0的估計(jì)區(qū)間，即預(yù)測區(qū)間。假定樣本容量為n，置信水平為1-α，查到t表值后，則個(gè)別值y0預(yù)測區(qū)間的上下限為

(8)

本文中，預(yù)測區(qū)間指的是剎車壓力以一定的置信水平分布的區(qū)間，為了提高檢測準(zhǔn)確度，降低誤判概率，通常需結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)對預(yù)測區(qū)間進(jìn)行微小修正。修正后的預(yù)測區(qū)間可作為剎車壓力正常分布的區(qū)間，即認(rèn)定剎車壓力應(yīng)分布在該區(qū)間內(nèi)，它是剎車系統(tǒng)故障征兆檢測的主要方法和手段。將待檢測數(shù)據(jù)導(dǎo)入到修正后的預(yù)測區(qū)間內(nèi)，依照故障征兆判據(jù)即可判斷是否存在故障征兆。

2.3 故障征兆判據(jù)

不同飛機(jī)剎車系統(tǒng)工作和使用特點(diǎn)不同，故障判定標(biāo)準(zhǔn)也不同。故障征兆判據(jù)需根據(jù)工程知識并結(jié)合剎車系統(tǒng)工作特點(diǎn)后設(shè)立，一般通過待檢測數(shù)據(jù)在預(yù)測區(qū)間內(nèi)外占比情況進(jìn)行判故。

常見的故障征兆判據(jù)如下：假定共有n個(gè)待診斷的剎車壓力數(shù)據(jù)，其中在預(yù)測區(qū)間上限外分布有a個(gè)，在預(yù)測區(qū)間下限外分布有b個(gè),若(a+b)/n>x% ，則認(rèn)為剎車系統(tǒng)存在故障征兆,否則不存在故障征兆。

3 實(shí)例驗(yàn)證

某飛機(jī)剎車系統(tǒng)出現(xiàn)過多次剎車壓力不在規(guī)定范圍內(nèi)的故障和機(jī)輪拖胎的較大故障，現(xiàn)通過一元線性回歸分析法建立預(yù)測區(qū)間并進(jìn)行修正，作為剎車系統(tǒng)輸出剎車壓力的正常分布區(qū)間，以此作為檢測手段結(jié)合故障征兆判據(jù)對該飛機(jī)剎車系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。

3.1 樣本確定

剎車系統(tǒng)使用特點(diǎn)是飛行前反復(fù)進(jìn)行多次松剎至最大剎車壓力切換檢查，滑跑時(shí)多采用較大或最大剎車壓力進(jìn)行剎車。從剎車系統(tǒng)歷史工作數(shù)據(jù)庫中選取80組剎車指令電壓(U)和剎車壓力(P)數(shù)據(jù)，經(jīng)過預(yù)處理后作為樣本數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 樣本數(shù)據(jù)

根據(jù)樣本繪制的散點(diǎn)圖如圖3所示，可以看出剎車指令電壓和剎車壓力之間基本呈線性關(guān)系。

圖3 樣本散點(diǎn)圖

3.2 確定剎車壓力的預(yù)測區(qū)間

通過樣本數(shù)據(jù)用最小二乘估計(jì)法求得一元線性回方程為

(9)

可決系數(shù)

R2=0.961

(10)

說明回歸直線對觀察值的擬合效果較好。

用F檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性檢查，設(shè)顯著水平α=0.05，即置信概率為95%，求得原假設(shè)H0的拒絕域：

(11)

H0的拒絕域成立，拒絕H0，說明剎車系統(tǒng)輸入電壓與輸出剎車壓力之間的線性關(guān)系顯著。

設(shè)定置信水平為95%，根據(jù)計(jì)算得到的一元線性回歸方程，對于任一電壓值x0，可計(jì)算得到回歸方程y的個(gè)別值y0(剎車壓力值)在95%置信水平下的預(yù)測區(qū)間，如圖4所示。

圖4 剎車壓力值y0的預(yù)測區(qū)間

由圖4可以看出，樣本中剎車壓力值多集中在6 MPa以上區(qū)域，4 MPa以下區(qū)域多為剎車壓力檢查過程中壓力值，符合剎車系統(tǒng)的使用特點(diǎn)。其中0.8 V電壓值對應(yīng)正常剎車最大剎車壓力，0.2 V電壓值對應(yīng)松剎后的壓力值。

由上下限組成的預(yù)測區(qū)間表明剎車系統(tǒng)輸出的剎車壓力值按一定的置信水平分布在其中，由于該預(yù)測區(qū)間將用于剎車系統(tǒng)故障征兆檢測，為了盡可能提高檢測準(zhǔn)確度，降低誤判概率，結(jié)合檢測應(yīng)用實(shí)例和工程經(jīng)驗(yàn)對預(yù)測區(qū)間進(jìn)行微小修正，修正后的預(yù)測區(qū)間如圖5所示，可用于對剎車系統(tǒng)的故障征兆檢測。

圖5 修正后剎車壓力值y0的預(yù)測區(qū)間

3.3 設(shè)定故障征兆判據(jù)

根據(jù)剎車系統(tǒng)工作特點(diǎn)設(shè)定故障征兆判據(jù)。剎車系統(tǒng)常使用最大剎車壓力，該狀態(tài)工作數(shù)據(jù)較多，為避免對其他剎車壓力數(shù)據(jù)檢測產(chǎn)生干擾，分別給出故障征兆判據(jù)如下。

假定共有n個(gè)待檢測的剎車系統(tǒng)壓力數(shù)據(jù)，對應(yīng)小于0.8 V電壓值有m個(gè)，在預(yù)測區(qū)間上限外分布有a個(gè)，在預(yù)測區(qū)間下限外分布有b個(gè)；對應(yīng)0.8 V電壓值有n-m個(gè)，在預(yù)測區(qū)間上限外分布有c個(gè)，在預(yù)測區(qū)間下限外分布有d個(gè)。

若(a+b)/m>10% 或(c+d)/(n-m)>3%，認(rèn)為剎車系統(tǒng)存在故障征兆。其中：

① 若a/(a+b)>80% 或c/(c+d)>80%，對應(yīng)故障征兆為“剎車壓力偏大”；

② 若b/(a+b)>80% 或d/(c+d)>80%，對應(yīng)故障征兆為“剎車壓力偏小”；

③ 不滿足上述兩個(gè)條件時(shí)，對應(yīng)故障征兆為“剎車壓力波動(dòng)大”。

3.4 應(yīng)用實(shí)例

通過飛機(jī)地面檢查和滑跑階段剎車系統(tǒng)已有工作數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷。先對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后按一定的采樣頻率獲得剎車指令電壓值和對應(yīng)輸出的剎車壓力值，得到修正的預(yù)測區(qū)間(即剎車壓力值分布區(qū)間)后作為檢測手段結(jié)合故障征兆判據(jù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行故障征兆檢測，最后對檢測出的故障征兆進(jìn)行隔離和排除。

3.4.1 地面檢查階段剎車系統(tǒng)故障診斷

飛機(jī)在地面進(jìn)行兩次剎車壓力檢查，第一次檢查系統(tǒng)未報(bào)故，取有效工作數(shù)據(jù)共37組(部分?jǐn)?shù)據(jù)重復(fù))放入預(yù)測區(qū)間圖中，如圖6所示。

圖6 第一次剎車壓力檢查數(shù)據(jù)故障征兆檢測

由圖6可以看出，37組數(shù)據(jù)分布情況符合剎車壓力檢查特征，即最大剎車壓力數(shù)據(jù)較多，中間區(qū)域數(shù)據(jù)較少，因?yàn)閯x車壓力檢查時(shí)在松剎和最大剎車壓力間切換時(shí)間較短。對應(yīng)0.8 V電壓值的剎車壓力值共有26組(其中有16組數(shù)據(jù)分別與其他5組數(shù)據(jù)相等)，位于預(yù)測區(qū)間下限外的剎車壓力值共有8組(其中5組數(shù)據(jù)相等)，占比30.8%，依照故障征兆判據(jù)判斷剎車系統(tǒng)存在“剎車壓力偏小”的故障征兆；對應(yīng)小于0.8 V電壓值的剎車壓力值共有11組(其中有4組數(shù)據(jù)分別與其他3組數(shù)據(jù)相等)，位于預(yù)測區(qū)間下限外的剎車壓力值有1組，占比9.1%，不滿足判故條件。綜合判斷剎車系統(tǒng)存在“剎車壓力偏小”的故障征兆。

飛機(jī)進(jìn)行第二次剎車壓力檢查，松剎時(shí)剎車壓力未下降到規(guī)定范圍內(nèi)，系統(tǒng)報(bào)故。第一次剎車壓力檢查中檢測出的故障征兆在第二次檢查時(shí)轉(zhuǎn)化成了故障，表明采用回歸分析法對剎車系統(tǒng)的故障征兆檢測是準(zhǔn)確的，故障征兆判據(jù)是合理的。取第二次剎車壓力檢查有效工作數(shù)據(jù)共37組(部分?jǐn)?shù)據(jù)剎車壓力值相等)放入預(yù)測區(qū)間圖中，如圖7所示。

圖7 第二次剎車壓力檢查數(shù)據(jù)故障征兆檢測

由圖7可知，對應(yīng)小于0.8 V電壓值的剎車壓力值共有11組，位于預(yù)測區(qū)間上限外的剎車壓力值共有8組(其中有3組數(shù)據(jù)分別與其它2組數(shù)據(jù)相等)，占比72.7%，依照故障征兆判據(jù)判斷剎車系統(tǒng)存在“剎車壓力偏大”的故障征兆，與實(shí)際發(fā)生的故障吻合。

兩次剎車壓力檢查中檢測出的故障征兆分別為“剎車壓力偏小”和“剎車壓力偏大”，看似矛盾，實(shí)際與剎車系統(tǒng)電液伺服閥的故障特征有關(guān)。在對該故障征兆進(jìn)行隔離時(shí)，先根據(jù)“剎車系統(tǒng)”、“地面檢查”、“剎車壓力偏小”和“剎車壓力偏大”等信息從故障信息庫中篩選是否有類似故障，結(jié)果如表3所示?？梢钥吹匠霈F(xiàn)過由于電液伺服閥故障導(dǎo)致剎車壓力偏大或偏小的案例，而油液污染引起的滑閥卡滯使得電液伺服閥輸出了異常剎車壓力?；y卡滯的位置不同，電液伺服閥輸出的剎車壓力就會(huì)偏大或偏小，同時(shí)卡滯具有偶發(fā)性和隨機(jī)性，這也是兩次檢測出的故障征兆不同的原因。根據(jù)表3中案例定位的故障原因?qū)z測出的故障征兆進(jìn)行隔離和排除，剎車壓力恢復(fù)正常。相關(guān)承制廠家也應(yīng)對電液伺服閥進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升其抗污染能力和工作性能[18]。

表3 故障信息庫中類似故障主要信息

3.4.2 飛機(jī)滑跑階段剎車系統(tǒng)故障診斷

飛機(jī)在地面滑行階段出現(xiàn)了拖胎的故障，拖胎前剎車系統(tǒng)未報(bào)故。取拖胎前系統(tǒng)有效工作數(shù)據(jù)共44組(部分?jǐn)?shù)據(jù)重復(fù))放入預(yù)測區(qū)間圖中，如圖8所示。

圖8 滑行數(shù)據(jù)故障征兆檢測

44組數(shù)據(jù)分布情況表明滑跑時(shí)多采用最大剎車壓力剎車。對應(yīng)0.8 V電壓值的剎車壓力值共有35組(其中有15組數(shù)據(jù)分別與其他11組數(shù)據(jù)相等)，位于預(yù)測區(qū)間下限外的剎車壓力值共有5組(其中2組數(shù)據(jù)相等)，占比14.3%，依照故障征兆判據(jù)判斷剎車系統(tǒng)存在“剎車壓力偏小”的故障征兆；對應(yīng)小于0.8 V電壓值的剎車壓力值共有9組，位于預(yù)測區(qū)間下限外的剎車壓力值有3組，占比33.3%，依照故障征兆判據(jù)判斷剎車系統(tǒng)存在“剎車壓力偏小”的故障征兆。綜合判斷剎車系統(tǒng)存在“剎車壓力偏小”的故障征兆。

由于故障信息庫缺乏飛機(jī)滑行階段“剎車壓力偏小”的故障案例，同時(shí)排故手冊中沒有一套針對該故障的完整排故流程，因此通過專家團(tuán)隊(duì)的工作經(jīng)驗(yàn)給出一套排故流程。飛機(jī)滑跑階段工作狀態(tài)比較復(fù)雜，影響因素較多，引起 “剎車壓力偏小”故障征兆的原因可能是線纜屏蔽破損受干擾傳輸異常壓力、剎車壓力信號器故障和電液伺服閥故障。根據(jù)故障原因，建立故障征兆隔離流程如圖9所示。通過一系列檢查，排除了線纜和剎車壓力信號器故障的可能性，同時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)電液伺服閥內(nèi)部存在異物，定位故障原因?yàn)楫愇镌陔娨核欧y油路內(nèi)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致輸出了異常剎車壓力(先偏小后偏大)，表明采用回歸分析法對剎車系統(tǒng)的故障征兆檢測是準(zhǔn)確的。

雖然飛機(jī)剎車系統(tǒng)設(shè)計(jì)了較為可靠的接地保護(hù)功能用于防止主機(jī)輪拖胎[19]，但當(dāng)異物堵塞油路時(shí)，電液伺服閥會(huì)輸出不受剎車指令控制的較大剎車壓力，仍會(huì)導(dǎo)致拖胎。在確定異物來源并進(jìn)行處理后，剎車系統(tǒng)恢復(fù)正常。

圖9 “剎車壓力偏小”故障征兆隔離流程

4 結(jié)論

通過回歸分析法構(gòu)建的飛機(jī)剎車系統(tǒng)故障診斷方法，具有如下特點(diǎn)。

① 將剎車壓力的預(yù)測區(qū)間修正后作為其正常分布區(qū)間，該區(qū)間可用于剎車系統(tǒng)預(yù)先故障檢測。

② 實(shí)例驗(yàn)證表明能夠?qū)x車系統(tǒng)故障征兆進(jìn)行有效檢測、隔離和排除，在實(shí)際應(yīng)用中可以顯著起到故障預(yù)防作用，降低剎車系統(tǒng)故障發(fā)生率。

③ 易實(shí)現(xiàn)，可在用戶中推廣使用，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

④ 故障征兆判據(jù)還不能完全滿足剎車系統(tǒng)實(shí)時(shí)故障診斷需求，需進(jìn)一步優(yōu)化。