飞机健康监测传感器：将大幅度降低维护成本
2016-08-22 09:30:07   来源：微迷   评论：0   点击：

据航空周刊网站报道，现代化的传感器成了预测性维护的关键组成部分。因为公务机会产生大量的结构性缓存和系统健康监控数据，所以预测性检查和维修的机会增大。在这个过程中，传感器技术进一步成为关键的组成部分。

根据巴西航空工业公司商用航空服务和支持部门副总裁Johann Bordais所述，短期到中期的目标是能够自动识别飞机在正常的定期维护间隔中，因为疲劳、腐蚀或者意外引起的所有类型的结构性损伤，维护间隔是在MRBR（维护审查委员会报告）/MPD（维护计划文件）中规定的。他说：“通过更换传统检查程序，比如一般检查和详细视觉检查以及无损检测，比如X光检查、涡流和着色渗透剂检测—需要的时间更短，通常情况下，通过拆装进行检查是非常耗时的。”他说道：“检查时间可能会降低到几分钟，不再是以前相同状况下的几个小时。”

Bordais告诫到：“迄今为止，商用航空结构性健康监测（SHM）系统的大多数应用，还没有作为传统维护检查的替代方法被接受。”然而，他指出，已经有不断的研发创新。

Bordais解释道：“巴西航空工业公司在全面的疲劳试验中，因为大规模使用SHM传感器而受益，主要是降低了试验成本并节省了时间。”“同时，SHM飞行试验活动的结果，以及参与飞行试验的航空公司的反馈，表明我们在开发解决方案中走的路是正确的，这将在降低结构性检查成本中，产生积极的效果。”

位于加利福尼亚Sunnyvale的Acellent技术公司业务执行副总裁Amrita Kumar说到：“很多开发飞机传感器技术的单位，正在努力加强数据管理，而不是简单地审查数据。”

Kumar说到：“你想知道的，正是数据所告诉你的，同时，你如何才能高效地管理那些信息？”通过朝着接通条件移动，而不是预定维护，“由于目前可以使用更多的目标传感器技术，你就不需要拆解飞机的结构，完成检查。”

Kumar补充说：“当检测到有问题存在以及它的位置时，紧接着的挑战则是如何描绘出损坏的特征。”她说道：“随着复合材料用的越来越多，这将变得越来越重要。”

她说道：“这种损伤属于脱扣还是断层类型的？虽然传感器可以检测出问题的存在，我们仍然要在技术上努力，以便告诉操作人员准确的损坏性质。”

Kumar表示Acellent公司已经“有了初步分类软件的草稿。”它能适用于复合材料结构，目前正在测试版试验中。试验一旦完成，该软件就会成为Acellent公司SHM复合材料损伤检测软件的一部分，作为一个增强版。她说道：“SHM复合材料软件将对复合材料损伤进行检测、本地化、确定大小以及分类。”

Meggitt公司工程技术部工程总监RaviRajamani指出：“断层被认为是‘复合材料结构中的一个大问题’，因为它能导致结构疲软和故障。”他说道：“与金属不同，外观检查不能很容易地确定符合材料结构是否有问题，”“嵌入式传感器由压电元件组成，可以用于复合材料的故障检测。”

就这一点而言，Rajamani说最大的挑战是需要覆盖的“不动产”的范围。他说：“除非能提前预测出来在哪里有可能发生损伤，否则覆盖整个结构几乎是不太可能的，这主要是由于传感器和电子设备的重量和成本原因。”他说道：“然而，如果我们能够识别出易受损部位，那么就可以只监测这些地方，这能更有效地降低成本。”

他说：“结构性监测的一种可能方法，是分布式的光学传感技术。”“这有很大潜力，因为光纤传感技术并不需要单独的传感单元。对大型结构件，特别是测量温度和张力，这就是一个理想的传感器。”

不好的一方面是，相关的电子设备可能体积很大并且比较昂贵，这就是Rajamani为什么解释从研发到空间应用的过渡还有一段时间的原因。“它们在油气工业，以及对诸如楼房和桥梁之类的土建结构的监控中更常见，在这些地方，对设备的重量轻和紧凑性并没有那么多的要求。”

然而，正如Rajamani所述，与发动机相比，用于机身的预测和健康管理（PHM）的传感器更少。“业内基本上都认为”所有的传感器都能起到PHM的作用，并且“能够用来完成诊断和预测。”。他说道：“其局限性通常一直是数据的带宽和计算能力。这使得将数据传输到适当位置进行分析花费畸高。”“但这正在尽快改变，我们能够看到越来越多的现有数据被用来开发分析性的解决方法，从而有助于操作与维护功能。”

通用电气航空总工程师、控制和配件主管Jim Berg说：“引擎行业的发展，更凸显‘连续数据流’处理并远离‘离散数据’，提供了能在给定时间内捕获的一条信息，除此以外再无其他。”Berg指出：“这是在过去20年中，引擎健康监测持续进步以及传感器发展所取得的结果。”

通用电气航空数字服务和方案工程总经理Darin DiTommaso补充道：“OEM（贴牌代工）在大数据分析中取得的进步，使其能将大规模的数据集汇总起来，这其中包括关于环境条件的信息以及配置和操作用途。他说：“那与数据科学和引擎物理学结合在一起，在一个称为Predix 的同一时期的软件平台上运行，它是一个基于云服务的通用电气的产品，能以高效和可扩展的方式，为每一台引擎提供对大量数据进行处理的能力。”

以GEnx为例进行说明，DiTommaso说：“宽体飞机引擎适合安装20个传感器，为温度、压力、流体系统、燃料、燃油、振动监控提供数据，并进行数值设定及定位。传感器由通用电气以及外部供应商提供。”

DiTommaso说：“行业目前处于一个更好的位置，能够利用现有传感器组件的数据，这主要是得益于数据处理和存储中取得的进步，以及将数据科学与其他专业知识结合在一起，检测并且隔离引擎问题，同时我们能够利用比过去多很多的数据。”这意味着与以前没有计划的引擎维护，降低检测以及总的维护负担相比，现在的行业更有计划性。

当然，传感器是通过机载有线网络传输数据的。以引擎为例，传感器收集到了有关引擎状况的原始数据，将它们发送给了健康监控单元，它是集成在全权限数字引擎控制（FADEC）中的。FADEC对从传感器接收到的数据进行相同的内部处理和数据分析，发出实时警报。此外，一些未被处理的数据可以通过多种方法下载到地面系统—无论是在飞行中还是在飞行结束后都能进行。因为线缆会增加重量，因此行业一直都在研究无线传感器。

例如，DiTommaso提到了通用电气航空的传感器无线数据传输，它是OEM正在为引擎健康监控研发的众多新技术中的一个。他从众多优点中引用的2个是更好的稳定性和减轻重量。

他指出：“无线的另外一个优点是能够降低操作人员手动下载数据的负担，”“与手动下载相比，数据能更快地使用，数据集更加完整。同样，无线能够将技术人员解放出来，进行其他工作。”。

位于柏林的Beanair无线系统公司联合创始人Maneli Parsy说：“与常规的有线数据传输相比，无线传感器系统是它的一个补充，并非替代它。”

Parsy解释道：“最大的问题是在飞机或宇宙飞船中，机载传输数据的数量越来越大。这需要更大的线缆容量。”“这就是为什么在大多数情况下，无线解决方案会被视为是一种补充—而不是与有线网络进行竞争。另外一些汇聚因素，如数据压缩和数据存储、智能系统的小型化的发展、分布式系统，在降低机载数据交换量中，成为重要因素。”

在被问到使用无线传感器，以获得改进数据精度的潜力时，Parsy引用了他们公司关于空间无线技术的描述，他说道：“它的主要任务是通过采用可靠的、超低功率以及时间同步的无线网络，特别是采用动态测量，对已有的技术进行挑战。”“在试验中，通过改良的数据传输可靠性，完成了对精度的重大改进。”

Parsy说：“空间无线技术正在使用空中客车和Zodiac数据系统进行试验。试验的主要目标是部署无线传感器网络—它主要是以技术为基础的—用在飞行试验的测量之中。而它部署在量产飞机上并不是不可能的。”

他说：“空间无线已经部署在了空客飞行试验平台上，但是因为涉及需求和系统，我们并不排除设计、试验、认证以及将无线传感器进一步嵌入日常飞行的飞机之中。”