关键词：发电机；电气系统；故障；诊断
1飞机电气故障诊断概述
飞机电气故障的分类方法主要有2种。（1）按丧失工作能力的程度分为局部故障和完全故障。局部故障是飞机失去了一些工作能力，但仍然能够为飞机系统提供部分的电能支持，仅降低了使用性能的故障。而完全故障，则意味着飞机完全丧失工作能力。（2）按发生的后果分为一般故障、严重故障和致命故障。一般故障是指飞机运行中能及时排除的故障或不能排除的局部故障。严重故障是指飞机运行中无法排除的完全故障。致命故障是指导致飞机造成重大损坏或重大人员伤亡的故障。
2飞机电气系统的基本组成
2.1飞机电源系统组成
飞机的电源系统一般由主电源、应急电源、辅助发电、地面电源接口等装置组成。
2.2飞机配电系统组成
目前先进飞机的配电系统通常包括一次配电设备、二次配电设备、供电管理中心、汇流条功率控制器BPCU等。其中供电管理中心需具备自检测功能，能够将相关信息上传给飞机或地面。并能够实现对主电源状态、二次电源状态、应急电源状态、专用电源状态、次电状态、二次电状态、汇流条功率控制状态的监控。同时供电管理中心还能够通过总线接收飞行状态与指令，并传递给相应二次配电装置，实现配电管理与控制。
3飞机电气系统故障分析
先进飞机采用基于固态技术的数字化供电是一种必然趋势，并且随着飞机系统复杂度不断提高;供电系统的重要性和复杂性都大幅提升。且飞机工作环境恶劣，机载电源类型繁多，电网络结构复杂，对飞机供电系统和用电设备的可靠性、安全性和维修性都提出了更高的要求。为了保证供电系统高可靠性和高安全性，急需搭建一个通用性强、效果明显、覆盖性宽、能充分暴露程序隐蔽错误的测试环境，来验证供电装置的可靠性，以确保飞机安全。本项目的电气系统的故障分析主要是对系统级别的故障和缺陷进行定位和分析。通过对系统级别的故障进行定位分析后，再锁定至系统中的组成部分，以便在实际工作中对其进行优化和故障排除，进而在系统级的环境中对故障的可能性进行逐个排查，提升飞机供电技术的可靠性，有效保障飞机飞行安全。
下面所述的故障分析方法，需要搭建最小化供电故障测试平台，并根据试飞试验经验构建飞机供电故障模式库。将供电故障模式库通过软件注入的方式，引入供电故障测试平台中，以确定当前系统是否存在故障模式所对应的潜在缺陷。所述的最小化供电故障测试平台的设计，需要有清晰化的供电系统级基于模型的需求描述，形成供电系统流程集，向上与飞机系统工程对接，向下作为接口设计、ICD设计、子系统及成品功能设计的依据。同时对供电故障测试平台内子系统及成品功能采用统一的策略及算法，并实现伪代码，便于供电装置策略的同步优化、故障分析与协调一致性。
飞机供电故障模式库由基于代码的故障注入模块组成，将库中的不同模块应用到供电装置的测试中，形成基于代码的供电故障注入测试环境，可在飞机研制的全阶段，通过在供电网络中执行一系列被特定错误模型干扰的测试程序，收集故障注入后执行的跟踪信息、发生的所有异常信息以及来自AUT的信息，并按照预先设定的评估准则，即可有效地评估供电系统的安全性、可靠性并为供电系统中故障的诊断、隔离和定位提供有效
的支持。
4飞机电气系统故障测试方法
根据先进飞机电气系统的组成结构，系统故障可能发生在电源系统，配电系统或者电网络中。在电源系统中，根据不同的电源构型设计，主电源中可能含有发电机、发电机控制器、大功率开关器件、过流反流保护器件、AC/DC、DC/DC、DC/AC等。在配电系统中，根据不同的项层构型，可能存在多个固态配电装置、智能汇流装置、大功率开关器件、以及通过总线向上与飞机管理系统相连，向下与配电装置相连的供电管理中心等。电网络中主要包括：电连接器、供电电缆、通信电缆、电缆固定装置、电缆防护等。上述各子系统中组成部分，考虑无余度的情况下，属于单点故障，进行系统故障测试后可通过注入相应的故障模式代码，进行定位故障测试。如在配电系统构型中，因飞机改进改型需要，对其中的供配电管理中心进行了软硬件更改。为验证其更改的正确性，可将改进改型后的设备通过总线连入原有的故障测试平台，并通过总线将故障模式代码注入到该设备中，然后观察系统响应。系统响应包括：系统自检状态、系统运行输入状态、系统运行的输出状态等（图1）。
图1故障注入流程
故障测试平台包含1个主控台，主控台应能针对相应的故障类型进行识别和编译并启动故障注入，将故障模式注入到测试环境中。主控台应能对故障节点的电流及电压进行采集、分析、实时测的功能，对故障节点及环路测试系统中其他设备的自检状态进行实时监测。在故障注入后对整个测试系统，特别是故障节点的状态进行感知，通过波形及状态指示灯进行呈现。因此，主控台可以根据用户设置的故障类型及其相关参数实现自动注入故障。故障注入后形成预设的状态输入，以模拟实际故障情况，可较为真实还原相应故障状态。如对机载用电成品短路故障进行模拟时，可设置故障测试平台为供电正常、采集正常、通信正常及其他故障节点关闭，同时设置短路节点接通，通过测试平台输出高电平，驱动相应的电子开关闭合以短路相应负载，实现对机载成品短路故障的模拟。如对机载通信故障进行模拟时，可设置故障测试平台状态为供电正常、采集正常、通信正常及其他故障节点关闭，同时设置通信误码故障节点接通，使与待测设备交联的通信机输出中加入丢包、校验和错误、传输周期错误的故障数据，以模拟通信误码。
结语
综上所述，本项目提出的将故障注入作为飞机电气故障诊断、功能性检测的方法，可以有效地排除飞机电源系统、配电系统、机载电气设备、电网络的潜在故障，同时能对飞机电气系统自身的故障防范与保护措施进行可靠验证。为了提高飞机电气系统运行稳定性，应基于其特点，选择故障注入的方式来确定其运行状态，并针对此来采取相应的措施进行优化，从而提高飞机运行安全性。
参考文献
［1］谢拴勤，濮孟勇.先进飞机电气系统处理机的研究及实现［J］.计算机测量与控制，2008，16（11）：1584-1587.
［2］石君友，李郑，骆明珠，陈帅.故障注入软件的设计与实现［J］.测控技术，2008，27（4）：65-67.
论文作者:侯占国
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第14期
论文发表时间:2019/12/16
标签：故障论文; 飞机论文; 系统论文; 电气论文; 测试论文; 状态论文; 供电系统论文; 《科学与技术》2019年第14期论文;