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飞机健康监测传感器将可以节约大量维护成本
发布:kittyll   时间:2016/9/2 10:49:36   阅读:736 
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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。”


来源:中国航空新闻网
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