CN105607628A - 一种直升机使用维修保障一体化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直升机使用维修保障技术领域，特别涉及一种直升机使用维修保障一体化系统，以至少解决现有直升机维修保障效率低的问题。一种直升机使用维修保障一体化系统，包括：机上系统；故障预测及健康管理系统，设置在直升机上，用于在直升机处于飞行状态时，实时对预定器部件的状态进行监测，以判断预定器部件的是否达到功能故障，或者在未达到功能故障时判断预定器部件达到功能故障之前的剩余寿命；地面维修保障系统，用于根据故障预测及健康管理系统发送的判断信息，为预定器部件配置维修保障资源。本发明能实现使用与维修之间、维修与保障之间的无缝链接，实现了故障监测、诊断、预测的自动化及维修保障的主动性。

Description

一种直升机使用维修保障一体化系统

技术领域

本发明涉及直升机使用维修保障技术领域，特别涉及一种直升机使用维修保障一体化系统。

背景技术

目前直升机使用维修保障工作中，综合保障常常制约或影响直升机的使用可用性。

传统的使用维修保障中，直升机飞行中发生了故障或失效，空勤人员把飞行中的故障或失效记录在飞行履历本上，下机后交给地勤人员，由地勤人员进行故障检测、诊断和隔离，并进行修理与维修工作。而对备件的供应而言，如备件库存在相应的备件，那么后勤延误时间仅仅是到库房提取时间。如果库房没有备件，那就通过“割肉补疮”的方式，从处在定检或大修的直升机上拆下相应的部件作为备件，以满足维修保障工作的需要。否则，重新订货或向其他地方求援。显然，这一过程将是一段很长的的备件等待时间，此时，该直升机处于“趴窝”状态，大大影响机群的使用完好率或使用可用度。

发明内容

本发明的目的是提供了一种直升机使用维修保障一体化系统，以至少解决现有直升机维修保障效率低的问题。

本发明的技术方案是：

一种直升机使用维修保障一体化系统，包括：

机上系统，包括预定器部件；

故障预测及健康管理系统，设置在直升机上，用于在所述直升机处于飞行状态时，实时对所述预定器部件的状态进行监测，以判断所述预定器部件的是否达到功能故障，或者在未达到功能故障时判断所述预定器部件达到功能故障之前的剩余寿命；

地面维修保障系统，用于实时接收所述故障预测及健康管理系统发送的判断信息，当所述预定器部件的达到功能故障时或所述预定器部件达到功能故障的剩余寿命在预定时间范围内时，为所述预定器部件配置维修保障资源。

可选的，所述预定器部件包括动部件；

所述故障预测及健康管理系统用于对所述动部件进行滑油分析、振动分析以及应力-强度监测分析，以判断所述动部件的是否达到功能故障，或者判断所述动部件达到功能故障之前的剩余寿命。

可选的，所述动部件包括旋翼系统、传动系统以及发动机。

可选的，所述预定器部件包括航空电子设备和机电设备；

所述故障预测及健康管理系统用于对所述航空电子设备和所述机电设备进行性能退化监测分析，以判断所述航空电子设备和所述机电设备的是否达到功能故障，或者判断所述航空电子设备和所述机电设备达到功能故障之前的剩余寿命。

可选的，所述故障预测及健康管理系统包括：

监测单元，设置在所述航空电子设备和所述机电设备上，用于监测所述航空电子设备和所述机电设备中关键电子器件的性能特性信息；

分析单元，用于根据所述关键电子器件的性能特性信息，判断所述航空电子设备和所述机电设备否达到功能故障，并在所述航空电子设备和所述机电设备未发生功能故障时判断所述航空电子设备和所述机电设备达到功能故障之前的剩余寿命；

发送单元，用于将所述分析单元分析结果实时发送至所述地面维修保障系统。

可选的，所述分析单元中包括剩余寿命计算模块，用于根据所述关键电子器件预定的性能特性退化曲线判断所述关键电子器件达到故障之前的剩余寿命，从而判断所述航空电子设备和所述机电设备达到故障之前的剩余寿命，其中，所述关键电子器件预定的性能特性退化曲线由预定试验获取。

可选的，所述机电设备包括电源系统、液压系统和燃油系统。

可选的，所述地面维修保障系统包括地面维修基地和地面维修备件库。

发明效果：

本发明的直升机使用维修保障一体化系统，能够通过故障预测及健康管理系统，实时监测机上系统中预定器部件的状态，从而判断预定器部件的是否达到功能故障，或者达到功能故障之前的剩余寿命，地面维修保障系统上述判断信息为预定器部件配置维修保障资源，以方便在飞机着陆时及时进行维修，能实现使用与维修之间、维修与保障之间的无缝链接，实现了故障监测、诊断、预测的自动化及维修保障的主动性。

附图说明

图1是本发明直升机使用维修保障一体化系统的结构示意图；

图2是本发明直升机使用维修保障一体化系统中机上系统的结构示意图；

图3是本发明直升机使用维修保障一体化系统中故障预测及健康管理系统的结构示意图；

图4是本发明直升机使用维修保障一体化系统中地面维修保障系统的结构示意图；

图5是本发明传感器监测的故障特征原理P-F曲线图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图1至图5对本发明直升机使用维修保障一体化系统做进一步详细说明。

本发明提供了一种直升机使用维修保障一体化系统，包括机上系统1、故障预测及健康管理系统2以及地面维修保障系统3。

机上系统1包括预定器部件，预定器部件可以根据需要进行选择。

故障预测及健康管理系统2设置在直升机上，用于在直升机处于飞行状态时，实时对预定器部件的状态进行监测，以判断预定器部件的是否达到功能故障，或者在未达到功能故障时判断预定器部件达到功能故障之前的剩余寿命。

地面维修保障系统3用于实时接收故障预测及健康管理系统2发送的判断信息，当预定器部件的达到功能故障时或预定器部件达到功能故障的剩余寿命在预定时间范围内时，为预定器部件配置维修保障资源，即做好对预定器部件进行维修、更换等准备工作。其中，预定时间范围可以根据需要进行适合的设置，通常是根据上述预定器部件的维修备件的库存情况而定，例如库存中没有相应的预定器部件，去购买或者调用需要一段时间，那么可以将调用需要的这个时间段设置为预定时间范围，给地面系统充分的准备时间。

通过机上通信设备和空地通信网络实时传输到地面相应部门，空地互动、地面上相应部门的互动，使制造商及早地将备件发送到供销商，供销商又继续配发到地面维修备件库。这样备件库随时都有足够但又不过剩的备件，确保备件的及时供应，能迅速完成在线维修，使直升机继续安全飞行。

本发明的直升机使用维修保障一体化系统，地面维修保障系统3能够通过故障预测及健康管理系统2发送的判断信息为预定器部件配置维修保障资源，以方便在飞机着陆时及时进行维修，能实现使用与维修之间、维修与保障之间的无缝链接。

另外，直升机使用维修保障一体化系统还实现了故障监测、诊断、预测的自动化及维修保障的主动性，降低了MTTR和ADT时间，无疑将大大提高直升机的使用可用度。本发明的直升机使用维修保障一体化系统将可望将目前的三级维修体制转化为二级维修体制，并将目前的基于时间和基于故障的反应式维修转化为基于状态的维修，消除中继级的定期维修等维修保障工作，大大地减少维修的人员人力及使用维修费用。

进一步，这一系统的应用，将使机上重要部件/设备的使用状态实现空地可视化。不仅机上的空勤人员、地面的维修人员，而且制造商、供应商、备件库都能掌握产品的使用状态或产品的剩余寿命。这样的信息共享，能实现从制造商到供应商、备件库及现场维修等各个部门之间的互动和沟通。确保维修基地附近的备件库随时有足够，但不过剩的保障资源实现自主保障。

本发明的预定器部件可以根据需要选择多种适合的部件中的一种或多种，本实施例中，预定器部件包括动部件11、航空电子设备12以及机电设备13。进一步，动部件又可以包括旋翼系统、传动系统以及发动机。

故障预测及健康管理系统2用于对所述动部件11进行滑油分析、振动分析以及应力-强度监测分析，以判断动部件11的是否达到功能故障，或者判断动部件11达到功能故障之前的剩余寿命。其中的各种分析方法可以采用已知的多种适合的方法中的一种，例如应力-强度监测分析可以采用已知的应力应变模型进行分析，不再赘述。

本发明的预定器部件还可以包括航空电子设备12和机电设备13。机电设备13又可以包括电源系统、液压系统和燃油系统。

故障预测及健康管理系统2用于对航空电子设备12和机电设备13进行性能退化监测分析，以判断航空电子设备12和机电设备13的是否达到功能故障，或者判断航空电子设备12和机电设备13达到功能故障之前的剩余寿命。

具体地，故障预测及健康管理系统2至少包括监测单元21、分析单元22以及发送单元23。

监测单元21分别设置在航空电子设备12和机电设备13上，用于监测航空电子设备12和机电设备13中关键电子器件的性能特性信息。其中，关键电子器件可以根据需要进行适合的选择，例如可以通过通用的特性分析，找出产品中需要进行测试的关键电子器件，比如通信设备中的短波电台。

分析单元22用于根据监测单元21发送的关键电子器件的性能特性信息，判断航空电子设备12和机电设备13否达到功能故障，并在航空电子设备12和机电设备13未发生功能故障时判断航空电子设备12和机电设备13达到功能故障之前的剩余寿命。

另外，在分析单元22中包括剩余寿命计算模块，用于根据关键电子器件预定的性能特性退化曲线判断关键电子器件达到故障之前的剩余寿命，从而判断航空电子设备12和所述机电设备13达到故障之前的剩余寿命，其中，关键电子器件预定的性能特性退化曲线(或性能特性寿命曲线)由预定试验获取，或者是在出厂时就被告知。

发送单元23用于将分析单元22分析结果实时发送至地面维修保障系统3。

进一步，本发明的地面维修保障系统3可以包括地面维修基地31、地面维修备件库32、制造商、供应商等。

本发明对航空电子设备12和机电设备13达到功能故障之前的剩余寿命判断原理如下：

从故障物理的角度来看，现代航空电子设备，主要是机械损伤和性能退化的耗损性故障，极少数是电应力过高造成的随机故障。

众所周知，现在电子设备是由半导体器件和集成电路板构成的复杂结构。典型的印刷电路板是多层玻璃前卫环氧树脂的叠层结构，每层板上印有钢质电路，机上穿有许多孔体镀铜的孔，并焊接元件，引线和一些集成电路扁平封装器件，在这样的复杂组合结构中，几种材料的膨胀系数和刚度都有相当差别，因而存在着一系列的热失效和刚度失效，电子设备使用中因开于关，使用状态的变换和环境影响等而产生低频热循环和高频振动循环，其组成元器件因存在热和刚度失效而承受相当大的交变/热应力，由于元器件存在制造缺陷，其微观裂纹在交变应力下扩展，最后形成疲劳破坏。

另外，有些是化学性的即潮湿或其他化学、生物因素引起的电介质退化，形成介质退化短路和腐蚀，而腐蚀形成的高电阻薄膜使焊接导电不良。因此。电子设备故障主要是机械性和化学性的，其故障发展史像机械部件一样，是有一些过程的，而并非传统的随机故障。

显然，可以通过相应的传感器，如阻抗检测、电容检测，温度和振动监测状态指示器，实时测定他们的机械化学损伤，从而实时监控它们的状态，实现基于状态的维修。

下面举一个具体实例进行说明：

某短波电台关键电容值为20pF，受使用环境影响，如潮湿、振动等会出现腐蚀、裂纹等故障模式，因而出现性能退化，电容值降低等表现特征，通过对该关键电容安装传感器进行实时电容检测，得到其性能退化故障表现与使用时间关系图，如图5所示。

由于短波电台在部队备件库没有备件，从供应商处调用周期需15个工作日左右，按日飞行小时3小时计算，所以须在剩余使用时间为45Fh时(图5中P点)发出警告，提醒地面维护人员准备维修资源，以确保直升机的出勤率；其中，图5中F为功能故障点，T1为P-F之间间隔时间。根据该特性曲线，在关键电容剩余寿命为45Fh时，其电容实测值为17.5pF，因此，在传感器测得电容值为17.5pF时，需将信息发送至地面保障系统，已进行必要的维修准备。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种直升机使用维修保障一体化系统，其特征在于，包括：

机上系统(1)，包括预定器部件；

故障预测及健康管理系统(2)，设置在直升机上，用于在所述直升机处于飞行状态时，实时对所述预定器部件的状态进行监测，以判断所述预定器部件的是否达到功能故障，或者在未达到功能故障时判断所述预定器部件达到功能故障之前的剩余寿命；

地面维修保障系统(3)，用于实时接收所述故障预测及健康管理系统(2)发送的判断信息，当所述预定器部件的达到功能故障时或所述预定器部件达到功能故障的剩余寿命在预定时间范围内时，为所述预定器部件配置维修保障资源。

2.根据权利要求1所述的直升机使用维修保障一体化系统，其特征在于，所述预定器部件包括动部件(11)；

所述故障预测及健康管理系统(2)用于对所述动部件(11)进行滑油分析、振动分析以及应力-强度监测分析，以判断所述动部件(11)的是否达到功能故障，或者判断所述动部件(11)达到功能故障之前的剩余寿命。

3.根据权利要求2所述的直升机使用维修保障一体化系统，其特征在于，所述动部件包括旋翼系统、传动系统以及发动机。

4.根据权利要求1或3所述的直升机使用维修保障一体化系统，其特征在于，所述预定器部件包括航空电子设备(12)和机电设备(13)；

所述故障预测及健康管理系统(2)用于对所述航空电子设备(12)和所述机电设备(13)进行性能退化监测分析，以判断所述航空电子设备(12)和所述机电设备(13)的是否达到功能故障，或者判断所述航空电子设备(12)和所述机电设备(13)达到功能故障之前的剩余寿命。

5.根据权利要求4所述的直升机使用维修保障一体化系统，其特征在于，所述故障预测及健康管理系统(2)包括：

监测单元(21)，设置在所述航空电子设备(12)和所述机电设备(13)上，用于监测所述航空电子设备(12)和所述机电设备(13)中关键电子器件的性能特性信息；

分析单元(22)，用于根据所述关键电子器件的性能特性信息，判断所述航空电子设备(12)和所述机电设备(13)否达到功能故障，并在所述航空电子设备(12)和所述机电设备(13)未发生功能故障时判断所述航空电子设备(12)和所述机电设备(13)达到功能故障之前的剩余寿命；

发送单元(23)，用于将所述分析单元(22)分析结果实时发送至所述地面维修保障系统(3)。

6.根据权利要求5所述的直升机使用维修保障一体化系统，其特征在于，所述分析单元(22)中包括剩余寿命计算模块，用于根据所述关键电子器件预定的性能特性退化曲线判断所述关键电子器件达到故障之前的剩余寿命，从而判断所述航空电子设备(12)和所述机电设备(13)达到故障之前的剩余寿命，其中，所述关键电子器件预定的性能特性退化曲线由预定试验获取。

7.根据权利要求5所述的直升机使用维修保障一体化系统，其特征在于，所述机电设备(13)包括电源系统、液压系统和燃油系统。

8.根据权利要求5所述的直升机使用维修保障一体化系统，其特征在于，所述地面维修保障系统(3)包括地面维修基地(31)和地面维修备件库(32)。