陸云龍，荊 濤，石封茶

（1.天津航空機(jī)電有限公司，天津 300308；2.中國(guó)民航大學(xué)，天津 300300；3.陸裝駐天津地區(qū)航空軍代室，天津 300300）

空調(diào)系統(tǒng)作為民用飛機(jī)的重要組成系統(tǒng)之一，需要對(duì)供氣量的溫度、壓力、壓力變化和濕度等指數(shù)進(jìn)行全面調(diào)節(jié)，保證符合飛機(jī)的客艙以及駕駛艙在飛行中及地面上對(duì)空氣、壓力等參數(shù)的要求[1]。ACM是空氣循環(huán)系統(tǒng)的核心部件，用于空氣循環(huán)制冷。發(fā)動(dòng)機(jī)高溫引氣，經(jīng)過(guò)初、次級(jí)熱交換器預(yù)冷降溫后，輸入到ACM的渦輪端，利用渦輪和噴嘴組件之間的間隙膨脹做功，其溫度迅速降低，并按照一定比例混合后送入客艙。

ACM是空調(diào)系統(tǒng)中故障頻發(fā)的組件，ACM故障[2]通常會(huì)引起空調(diào)系統(tǒng)冷卻組件故障，導(dǎo)致實(shí)際排出的空氣溫度過(guò)高，無(wú)法滿足空調(diào)系統(tǒng)對(duì)溫度的要求。因此，在機(jī)務(wù)維修工作中，要對(duì)ACM機(jī)進(jìn)行測(cè)試，保證ACM正常運(yùn)行，確?？照{(diào)系統(tǒng)正常工作。

針對(duì)ACM故障，目前航空公司多采用的是傳統(tǒng)測(cè)試方法，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)出現(xiàn)制冷故障時(shí)，首先是按照維修手冊(cè)測(cè)試相關(guān)的組件活門，如果相關(guān)組件活門正常，則表明ACM機(jī)故障，直接更換ACM機(jī)；如果相關(guān)組件活門出現(xiàn)故障，則對(duì)故障活門進(jìn)行排故。對(duì)于更換下來(lái)的ACM機(jī)，需要進(jìn)行外部泄漏測(cè)試、壓力測(cè)試和功能測(cè)試等來(lái)進(jìn)一步確定是否有故障[3-4]。采用此方法不僅工作量大，而且耗費(fèi)時(shí)間，影響飛機(jī)正常出港。

系統(tǒng)采用LabVIEW設(shè)計(jì)測(cè)試軟件，將溫度作為檢測(cè)量，利用T檢驗(yàn)法完成數(shù)據(jù)處理分析，根據(jù)處理結(jié)果表來(lái)顯示ACM機(jī)故障情況。系統(tǒng)利用實(shí)時(shí)小樣本數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單測(cè)試方法完成對(duì)ACM機(jī)故障檢測(cè)，簡(jiǎn)化了測(cè)試流程，極大減小了工作量，提高工作效率。

1 單邊T檢驗(yàn)算法

1.1 算法介紹

T檢驗(yàn)是用來(lái)判斷樣本與樣本、樣本與總體的差異是由抽樣誤差引起的還是本質(zhì)差別造成的統(tǒng)計(jì)推斷方法，適用于樣本的個(gè)數(shù)較少（樣本數(shù)量一般小于30），總體標(biāo)準(zhǔn)差σ未知的正太分布的數(shù)據(jù)分析[5]。系統(tǒng)采用的單總體T檢驗(yàn)法[6]進(jìn)行檢驗(yàn)，其中主要涉及參數(shù)有樣本平均數(shù)x、樣本標(biāo)準(zhǔn)差σ、總體平均數(shù)μ以及P值。P值是接受兩個(gè)數(shù)組均值存在差異假設(shè)可能犯錯(cuò)的概率，是假設(shè)結(jié)果可信程度的一個(gè)降低指示，其實(shí)際意義是認(rèn)為樣本數(shù)據(jù)存在關(guān)聯(lián)是總體中的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤判斷概率，所以一般P值越小，犯錯(cuò)的可能性就越低。

1.2 T檢驗(yàn)數(shù)學(xué)模型

依據(jù)T檢驗(yàn)的總體思想，先從整體中找到一個(gè)數(shù)組的特征，然后對(duì)待定樣本作假設(shè)，然后對(duì)假設(shè)進(jìn)行檢驗(yàn)，判斷樣本與總體之間的假設(shè)是否成立。

采集到數(shù)據(jù)構(gòu)成數(shù)組，這些數(shù)組內(nèi)的數(shù)據(jù)內(nèi)在都存在相互聯(lián)系，彼此之間相互影響，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)之間的相互影響非常小，所以這種隨機(jī)數(shù)組就可以近似的看作是服從正態(tài)分布的。在這種條件下，就可以使用T檢驗(yàn)來(lái)判斷ACM的溫度數(shù)據(jù)組之間是否存在異常。

T檢驗(yàn)的一般步驟分為以下3步[7]：

（1）建立假設(shè)，設(shè)定假設(shè)水準(zhǔn)α

H0：μ=μ0（檢驗(yàn)假設(shè)，檢測(cè)到的溫度正常）；

H1：μ≠μ0（備擇假設(shè)，檢測(cè)到的溫度異常）；

μ0：正常情況下溫度均值。

（2）計(jì)算T檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量

單總體T檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量：

其中，σ為待定樣本標(biāo)準(zhǔn)差，xˉ為待定樣本均值，μ為總體樣本均值（n＜30時(shí)的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量公式）。

其中，σ為待定樣本標(biāo)準(zhǔn)差，xˉ為待定樣本均值，μ為總體樣本均值（n＞30時(shí)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量公式）。

（3）確定P值，獲取結(jié)論

其中的P值根據(jù)α和自由度查t值表得到邊界值kα/2，確定P值，判斷假設(shè)是否成立，獲取結(jié)論（顯著性水平α=0.05，自由度V=n-1）。

當(dāng)H0為真時(shí)，滿足如下條件下的正態(tài)分布：

若滿足公式（4），則拒絕H0；

若不滿足公式（4）成立，則接受H0。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)通過(guò)COMPACTDAQ平臺(tái)[8]完成數(shù)據(jù)采集，在該平臺(tái)的支持下，軟件采用NI公司提供的LabVIEW進(jìn)行模塊化程序設(shè)計(jì)。用于實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的全部測(cè)試功能。系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

其中，數(shù)據(jù)處理子程序具體過(guò)程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)處理子程序

2.2 程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖1所示，軟件分為板卡參數(shù)配置、數(shù)據(jù)采樣和T算法數(shù)據(jù)處理3個(gè)模塊。

板卡參數(shù)配置模塊包括：RTD參數(shù)設(shè)置、DAQmx虛擬通道創(chuàng)建和定時(shí)器設(shè)置。RTD參數(shù)設(shè)置溫度采集范圍為0～200℃、誤差補(bǔ)償方式為線性差值補(bǔ)償。DAQmx虛擬通道創(chuàng)建熱電偶虛擬通道，將其設(shè)置為通道1。定時(shí)器配置用來(lái)控制采樣和生成采樣的速率。

數(shù)據(jù)采樣模塊設(shè)置采樣率：200 MSa/s，采樣頻率20 kHz，將通道1的數(shù)據(jù)傳輸至寄存器，通過(guò)低通濾波后保存并繪制曲線。

T算法數(shù)據(jù)處理模塊將濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差和故障判斷。

（1）數(shù)據(jù)預(yù)處理對(duì)所取得一組共25個(gè)數(shù)進(jìn)行求平均值x1，這組數(shù)據(jù)作為正常樣本將會(huì)與待定樣本進(jìn)行比較，判斷兩組數(shù)據(jù)是否存在特征異常，從而判斷ACM的溫度是否異常。

（2）對(duì)待定樣本數(shù)據(jù)求平均值x2和標(biāo)準(zhǔn)差x3用于后面的判斷。

（3）將總體樣本均值x1、待定樣本均值x2、待定樣本標(biāo)準(zhǔn)差x3代入T檢驗(yàn)算法中計(jì)算出t值，與相應(yīng)條件下的k值比較大小，根據(jù)比較結(jié)果從而判斷兩組數(shù)據(jù)是否存在特征異常情況，并將結(jié)果輸出到顯示面板顯示。

2.3 程序前面板顯示設(shè)計(jì)

本程序的前面板如圖3所示，其功能是可以調(diào)整溫度采集的最大值和最小值限制，可以改變采集的采樣時(shí)鐘即采樣頻率，可以選擇采樣的數(shù)據(jù)是作為總體樣本還是待定樣本，還可以設(shè)置RTD的電阻類型，從而完成不同的采樣任務(wù)。

因此，程序?qū)崿F(xiàn)了溫度數(shù)據(jù)的采集和分析處理，在程序中利用T算法限定溫度的波動(dòng)范圍，當(dāng)溫度在溫度范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，程序檢測(cè)顯示ACM工作狀態(tài)正常，當(dāng)溫度超出波動(dòng)范圍時(shí)，程序就會(huì)檢測(cè)出ACM是異常狀態(tài)?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整T算法中α取值大小來(lái)改變溫度的波動(dòng)范圍大小。

要完成一次ACM檢測(cè)首先要選擇總體數(shù)據(jù)的測(cè)量，待總體測(cè)量完成，關(guān)閉溫度測(cè)量，通過(guò)選擇按鈕選擇為樣本數(shù)據(jù)測(cè)量，測(cè)量完樣本數(shù)據(jù)后程序會(huì)自動(dòng)將2次測(cè)量的數(shù)據(jù)代入檢測(cè)程序運(yùn)算，從而得到兩組數(shù)據(jù)之間的波動(dòng)是否在正常范圍，最終獲得ACM的故障檢測(cè)結(jié)果。

2.4 驗(yàn)證

程序運(yùn)行的實(shí)際結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 實(shí)際程序檢測(cè)結(jié)果

數(shù)據(jù)結(jié)果表明，總體樣本均值x1=37.760，待定樣本1均值x2=38.240，待定樣本2均值x3=40.076，待定樣本1均值誤差率為1.18%，待定樣本2均值誤差率為6.05%；按照單總體T檢驗(yàn)計(jì)算得t1=2.393，t2=10.1，k=2.064，所以待定樣本1、待定樣本2均不正常。

3 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前飛機(jī)空調(diào)系統(tǒng)發(fā)生故障的頻率是比較高的，通常的檢測(cè)方法都非常繁瑣，不能直接判斷空氣循環(huán)機(jī)是否存在故障，需要進(jìn)行全面檢查。所以本系統(tǒng)測(cè)試速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)測(cè)試，降低了測(cè)試的時(shí)間成本，提高了工作效率。對(duì)檢測(cè)故障的簡(jiǎn)化，降低成本方面是有一定意義的。