CN110844109B - 一种直升机健康与使用监测系统的功能配置方法 - Google Patents

一种直升机健康与使用监测系统的功能配置方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种直升机健康与使用监测系统的功能配置方法,包括:确定直升机中待测试系统的结构关系,结构关系包括待测试系统中各层次的部件、端口关系、交联关系;对待测试系统中的外场更换单元和车间更换单元进行故障模式、影响及危害性分析,获取外场更换单元和车间更换单的故障率;确定待测试系统的测试方法,测试方法包括传感器信息和相应的测试功能;根据待测试系统的结构关系、故障率和测试方法,对待测试系统进行测试性建模,并采用建模结果对直升机健康与使用监测系统HUMS的功能进行配置。本发明实施例将直升机三大动部件的HUMS功能配置与三大动部件测试性相关联,通过增强其测试性,提高了直升机的安全性和维护性。

Description

一种直升机健康与使用监测系统的功能配置方法
技术领域
本申请涉及但不限于直升机健康检测与故障诊断技术领域,尤指一种直升机健康与使用监测系统的功能配置方法。
背景技术
测试性是反映系统内部故障能否被准确及时地检测与隔离的一种设计特性,其水平高低关乎系统能否持久稳定地发挥其使用效能。
传统的直升机测试性一般是指航空电子系统和机电系统的测试性。而对直升机安全性影响最大的三大动部件(包括旋翼系统、传动系统和发动机输出系统)则几乎没有测试性可言,这也是造成直升机故障率比固定翼飞机故障率高的重要原因。要提高直升机的安全性能,就必需提高直升机得上述三大动部件的测试性,将故障消除在萌芽阶段。
发明内容
本发明的目的:本发明实施例提供一种直升机健康与使用监测系统的功能配置方法,针对直升机三大动部件测试性弱的特点,可以提高直升机的安全性能。
本发明的技术方案:
本发明实施例提供一种直升机健康与使用监测系统的功能配置方法,包括:
确定直升机中待测试系统的结构关系,所述结构关系包括待测试系统中各层次的部件、端口关系、交联关系;
对所述待测试系统中的外场更换单元和车间更换单元进行故障模式、影响及危害性分析,获取外场更换单元和车间更换单的故障率;
确定所述待测试系统的测试方法,所述测试方法包括所使用的传感器信息和相应的测试功能;
根据所述待测试系统的结构关系、故障率和测试方法,对待测试系统进行测试性建模,并采用建模结果对直升机健康与使用监测系统HUMS的功能进行配置。
可选地,如上所述的直升机健康与使用监测系统的功能配置方法中,所待测试系统的结构包括:待测试系统中的子系统,待测试系统和/或子系统中的外场更换单元,以及外场更换单元中的车间更换单元的结构关系。
可选地,如上所述的直升机健康与使用监测系统的功能配置方法中,所述传感器信息包括测试使用的传感器的种类、数量和位置。
可选地,如上所述的直升机健康与使用监测系统的功能配置方法中,所述对待测试系统进行测试性建模,包括:
根据所述待测试系统的结构关系、故障率和传感器信息,采用测试性工程和维护系统TEAMS所规定的方法进行建模,得到测试性分析报告。
可选地,如上所述的直升机健康与使用监测系统的功能配置方法中,所述测试性分析报告包括:测试性指标报告、模糊组报告、故障检测和故障隔离统计报告、未检测故障模式清单、冗余测试报告、测试推荐报告、诊断策略报告、相关性矩阵报告。
可选地,如上所述的直升机健康与使用监测系统的功能配置方法中,所述采用建模结果对直升机健康与使用监测系统HUMS的功能进行配置,包括:
根据测试性分析报告中的故障检测率和故障隔离率,重新配置用于测试所述待测试系统的传感器的种类、数量和位置,以及相应的测试功能。
可选地,如上所述的直升机健康与使用监测系统的功能配置方法中,所述待测试系统包括:旋翼系统、传动系统和发动机输出系统中的一项或多项。
可选地,如上所述的直升机健康与使用监测系统的功能配置方法中,分别对所述旋翼系统、所述传动系统和所述发动机输出系统进行HUMS的功能配置。
本发明的有益效果:本发明实施例提供的直升机健康与使用监测系统的功能配置方法,包括:确定直升机中待测试系统的结构关系,该结构关系包括待测试系统中各层次的部件、端口关系、交联关系;对待测试系统中的外场更换单元和车间更换单元进行故障模式、影响及危害性分析,获取外场更换单元和车间更换单的故障率;确定待测试系统的测试方法,测试方法包括传感器信息和相应的测试功能;根据待测试系统的结构关系、故障率和测试方法,对待测试系统进行测试性建模,并采用建模结果对直升机健康与使用监测系统HUMS的功能进行配置。本发明实施例针对直升机三大动部件测试性弱的特点,将直升机三大动部件的HUMS功能配置与三大动部件测试性相关联,通过增强其测试性,提高了直升机的安全性和维护性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种直升机健康与使用监测系统的功能配置方法的流程图;
图2为旋翼系统的测试性模型;
图3为传动系统的测试性模型;
图4为发动机输出系统的测试性模型。
具体实施方式
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清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
直升机健康与使用监测系统(简称为:HUMS)为一个集机载航空电子设备、直升机故障诊断与预测算法、地面维护支持与管理于一体的复杂系统,包括直升机使用状态监测、健康状态评估及维护管理等内容。
上述背景技术中已经说明,由于对直升机安全性影响最大的三大动部件几乎没有测试性可言,因此,造成直升机故障率比固定翼飞机故障率高的重要原因。要提高直升机的安全性能,就必需提高直升机得上述三大动部件的测试性,例如增加测试传感器的数量,将故障消除在萌芽阶段。为提高安全性和维护性的HUMS系统应运而生,因此,HUMS功能依赖于直升机三大动部件的测试性分析。
图1为本发明实施例提供的一种直升机健康与使用监测系统的功能配置方法的流程图。该HUMS功能配置方法可以包括如下步骤:
S110,确定直升机中待测试系统的结构关系,该结构关系包括待测试系统中各层次的部件、端口关系、交联关系;
S120,对待测试系统中的外场更换单元(简称为:LRU)和车间更换单元(简称为:SRU)进行故障模式、影响及危害性分析,获取外场更换单元和车间更换单的故障率;
S130,确定所述待测试系统的测试方法,该测试方法包括所使用的传感器信息和相应的测试功能;
S140,根据待测试系统的结构关系、故障率和测试方法,对待测试系统进行测试性建模,并采用建模结果对HUMS的功能进行配置。
本发明实施例中的待测试系统可以包括:旋翼系统、传动系统和发动机输出系统中的一项或多项,即可以通过上述S110~S140分别对旋翼系统、传动系统和发动机输出系统进行HUMS的功能配置。
本发明实施例具体针对直升机三大动部件测试性弱的特点,提供一种基于测试性分析的直升机三大动部件的HUMS功能设计方法。
由于直升机三大动部件测试性弱,需要通过增加传感器来提高故障检测能力,通过故障诊断算法进行故障隔离,即提高直升机三大动部件的测试性。
要提高三大动部件的测试性,就需要对三大动部件进行结构分析,对其故障模式、影响及危害性进行分析,在权衡HUMS系统故障诊断能力与成本代价的基础上,通过专用建模工具(测试性工程和维护系统,简称为:TEAMS)实现三大动部件测试性建模,从而为某型号的直升机的HUMS功能设计奠定模型基础。
本发明实施例的具体实现方式为:
1,直升机三大动部件的结构分析
结构分析的目的是确定待测试系统内部的结构关系,该结构关系可以包括:待测试系统中的子系统,待测试系统和/或子系统中的外场更换单元(LRU),以及外场更换单元中的车间更换单元(SRU)的结构关系。
需要说明的是,待测试系统和子系统中都可以有外场更换单元(LRU),一些外场更换单元(LRU)中配置有车间更换单元(SRU),一些外场更换单元(LRU)中未配置有车间更换单元(SRU)。
分析出上述待测试系统内子系统,外场更换单元(LRU)和车间更换单元(SRU)的名称和数量看,可以为测试性提供结构分析的基础。
2,对外场更换单元(LRU)和车间更换单元(SRU)进行FMECA(故障模式、影响及危害性分析);
FMECA的目的是对LRU和SRU的故障模式,故障原因,故障影响,设计保障,探测性,故障率和检测方法等进行明确描述,为HUMS对其进行故障诊断提供依据。
3,确定故障模式的测试方法
HUMS系统对直升机三大动部件的探测性可达80%。但每种故障模式均需额外增加传感器或敏感器件,还要增加测试设备。因此,在型号设计中需要在型号测试性需求与HUMS功能之间进行权衡,选择最合适的测试方法。
上述三大动部件的测试方法,是基于该三大动部件各自的特征选取的。
1),对于旋翼系统
采用转速传感器测量旋翼转速,分析旋翼转速是否有波动;
采用振动传感器测量旋翼的振动数据,分析桨叶的质量不平衡和气动力不平衡;
采用桨叶轨迹传感器测量桨叶轨迹,分析桨叶的轨迹偏离程度,调整桨叶轨迹。
2)对于传动系统
采用转速传感器测量传动轴转速,分析传动轴转速是否有波动;
采用多个振动传感器测量传动系统不同部件的振动幅值,分析传动系统部件是否有松动、剥蚀、断裂等故障;
采用金属屑传感器测量传动系统的滑油中是否存在金属屑,分析传动系统部件是否有磨损和剥落。
3)对于发动机输出系统
采用多个振动传感器测量发动机输出系统不同部件的振动幅值,分析发动机输出系统部件是否有松动、剥蚀、断裂等故障。
可以看出,所确定的测试方法包括所使用的传感器信息和相应的测试功能,其中,传感器信息包括测试使用的传感器的种类、数量和位置,测试功能与传感器的种类和待测试系统的作用相关。
4,采用软件TEAMS进行测试性建模与优化
1)测试性建模的实现方式可以包括:
根据待测试系统的结构关系、故障率和传感器信息,采用测试性工程和维护系统(简称为:TEAMS)所规定的方法进行建模,得到测试性分析报告。
也就是说,通过上述步骤S110~S130,完成了TEAMS建模所需的素材,在明确结构层次,端口关系,交联关系和测试信息后,即可按TEAMS规定的方法完成建模,并给出测试性分析报告。
其中,上述测试性分析报告可以包括:测试性指标报告、模糊组报告、故障检测和故障隔离统计报告、未检测故障模式清单、冗余测试报告、测试推荐报告、诊断策略报告、相关性矩阵报告。
2),对上述测试性分析报告进行分析,可以对三大动部件的测试性进行优化,优化的结果例如为,调整、改变或增加传感器的种类、数量或位置。
5,明确采用HUMS测试三大动部件的功能配置
采用HUMS测试哪个系统,就该待测试系统进行HUMS的功能配置。在明确得到直升机三大动部件测试性结果的情况下,可以确定HUMS相应系统的功能配置。重复上述S110~S140,可以分别实现对翼系统、所述传动系统和所述发动机输出系统的HUMS的功能配置。
本发明实施例提供的HUMS的功能配置方法的优点为:将直升机HUMS功能定义与三大动部件测试性相关联,通过增强其测试性,提供直升机的安全性和维护性,是一种新的HUMS功能设计方法。
要提高三大动部件测试性,需要对三大动部件进行结构分析,对其故障模式、影响及危害性进行分析,在权衡HUMS系统故障诊断能力与成本代价的基础上,通过专用建模工具实现三大动部件测试性建模,从而为型号HUMS功能设计奠定模型基础。
以下通过一个应用实例对本发明上述实施例提供的HUMS的功能配置方法进行详细说明。详细步骤如下:
步骤1,直升机三大动部件的结构分析
旋翼系统的结构分析如下表1所示:
Figure BDA0002229604440000061
Figure BDA0002229604440000071
表1传动系统的结构分析如下表2所示:
Figure BDA0002229604440000072
表2发动机输出系统的结构分析如下表3所示:
Figure BDA0002229604440000073
Figure BDA0002229604440000081
表3
步骤2,直升机三大动部件FMECA(故障模式、影响及危害性分析)分析旋翼系统的FMECA分析如下表4所示:
Figure BDA0002229604440000082
Figure BDA0002229604440000091
表4传动系统的FMECA分析如下表5所示:
Figure BDA0002229604440000092
Figure BDA0002229604440000101
表5发动机输出系统的FMECA分析如下表6所示:
Figure BDA0002229604440000102
Figure BDA0002229604440000111
表6
步骤3,直升机三大动部件的传感器信息和测试功能旋翼系统的测试点(含单机寿命预测)如下表7所示:
Figure BDA0002229604440000112
表7
传动系统的测试点如下表8所示:
Figure BDA0002229604440000113
Figure BDA0002229604440000121
Figure BDA0002229604440000131
Figure BDA0002229604440000141
表8
发动机输出系统的测试点如下表9所示:
Figure BDA0002229604440000142
表9
步骤4,直升机三大动部件测试性模型
如图2所示,为旋翼系统的测试性模型,如图3所示,为传动系统的测试性模型,如图4所示,为发动机输出系统的测试性模型。
步骤5,直升机三大动部件功能定义
1)旋翼系统的HUMS功能配置包括:
1-1,旋翼锥体与动平衡调节
1-2,旋翼引起的机身振动监测
1-3,直升机使用监测
2)传动系统HUMS功能配置包括:
2-1,传动系统振动监测
2-2,传动系统超限监测
3)发动机测HUMS功能配置包括:
3-1,发动机使用监测;
3-2,发动机超限监测;
3-3,发动机性能监测;
3-4,发动机振动监测
本发明实施例提供的直升机健康与使用监测系统的功能配置方法,将直升机三大动部件的HUMS功能配置与三大动部件测试性相关联,通过增强其测试性,提高了直升机的安全性和维护性,是一种新的HUMS功能设计方法。
另外,本发明通过研究HUMS健康状态指标体系并结合我国直升机的实际情况,提出符合我国直升机实际情况的动部件健康状态评估指标体系,为国内HUMS系统的进一步发展奠定基础。
以上所述,仅为本发明的具体实施例,对本发明进行详细描述,未详尽部分为常规技术。但本发明的保护范围不局限于此,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。本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种直升机健康与使用监测系统的功能配置方法,其特征在于,包括:
确定直升机中待测试系统的结构关系,所述结构关系包括待测试系统中各层次的部件、端口关系、交联关系;
对所述待测试系统中的外场更换单元和车间更换单元进行故障模式、影响及危害性分析,获取外场更换单元和车间更换单的故障率;
确定所述待测试系统的测试方法,所述测试方法包括所使用的传感器信息和相应的测试功能;
根据所述待测试系统的结构关系、故障率和测试方法,对待测试系统进行测试性建模,并采用建模结果对直升机健康与使用监测系统HUMS的功能进行配置;
所述对待测试系统进行测试性建模,包括:根据所述待测试系统的结构关系、故障率和传感器信息,采用测试性工程和维护系统TEAMS所规定的方法进行建模,得到测试性分析报告;所述测试性分析报告包括:测试性指标报告、模糊组报告、故障检测和故障隔离统计报告、未检测故障模式清单、冗余测试报告、测试推荐报告、诊断策略报告、相关性矩阵报告;
所述采用建模结果对直升机健康与使用监测系统HUMS的功能进行配置,包括:根据测试性分析报告中的故障检测率和故障隔离率,重新配置用于测试所述待测试系统的传感器的种类、数量和位置,以及相应的测试功能;
其中,所述直升机中待测试系统包括:旋翼系统、传动系统和发动机输出系统中的一项或多项;
所述确定所述待测试系统的测试方法,包括:
(1)对于旋翼系统:
采用转速传感器测量旋翼转速,分析旋翼转速是否有波动;
采用振动传感器测量旋翼的振动数据,分析桨叶的质量不平衡和气动力不平衡;
采用桨叶轨迹传感器测量桨叶轨迹,分析桨叶的轨迹偏离程度,调整桨叶轨迹;
(2)对于传动系统:
采用转速传感器测量传动轴转速,分析传动轴转速是否有波动;
采用多个振动传感器测量传动系统不同部件的振动幅值,分析传动系统部件是否有松动、剥蚀、断裂故障;
采用金属屑传感器测量传动系统的滑油中是否存在金属屑,分析传动系统部件是否有磨损和剥落;
(3)对于发动机输出系统:
采用多个振动传感器测量发动机输出系统不同部件的振动幅值,分析发动机输出系统部件是否有松动、剥蚀、断裂故障。
2.根据权利要求1所述的直升机健康与使用监测系统的功能配置方法,其特征在于,所待测试系统的结构包括:待测试系统中的子系统,待测试系统和/或子系统中的外场更换单元,以及外场更换单元中的车间更换单元的结构关系。
3.根据权利要求1所述的直升机健康与使用监测系统的功能配置方法,其特征在于,所述传感器信息包括测试使用的传感器的种类、数量和位置。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的直升机健康与使用监测系统的功能配置方法,其特征在于,分别对所述旋翼系统、所述传动系统和所述发动机输出系统进行HUMS的功能配置。
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