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飛機(jī)健康監(jiān)測傳感器:將大幅度降低維護(hù)成本
來源:賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2016/8/29

  據(jù)航空周刊網(wǎng)站報道,現(xiàn)代化的傳感器成了預(yù)測性維護(hù)的關(guān)鍵組成部分。因?yàn)楣珓?wù)機(jī)會產(chǎn)生大量的結(jié)構(gòu)性緩存和系統(tǒng)健康監(jiān)控數(shù)據(jù),所以預(yù)測性檢查和維修的機(jī)會增大。在這個過程中,傳感器技術(shù)進(jìn)一步成為關(guān)鍵的組成部分。


  根據(jù)巴西航空工業(yè)公司商用航空服務(wù)和支持部門副總裁Johann Bordais所述,短期到中期的目標(biāo)是能夠自動識別飛機(jī)在正常的定期維護(hù)間隔中,因?yàn)槠、腐蝕或者意外引起的所有類型的結(jié)構(gòu)性損傷,維護(hù)間隔是在MRBR(維護(hù)審查委員會報告)/MPD(維護(hù)計劃文件)中規(guī)定的。他說:“通過更換傳統(tǒng)檢查程序,比如一般檢查和詳細(xì)視覺檢查以及無損檢測,比如X光檢查、渦流和著色滲透劑檢測—需要的時間更短,通常情況下,通過拆裝進(jìn)行檢查是非常耗時的!彼f道:“檢查時間可能會降低到幾分鐘,不再是以前相同狀況下的幾個小時!


  Bordais告誡到:“迄今為止,商用航空結(jié)構(gòu)性健康監(jiān)測(SHM)系統(tǒng)的大多數(shù)應(yīng)用,還沒有作為傳統(tǒng)維護(hù)檢查的替代方法被接受!比欢赋,已經(jīng)有不斷的研發(fā)創(chuàng)新。


  Bordais解釋道:“巴西航空工業(yè)公司在全面的疲勞試驗(yàn)中,因?yàn)榇笠?guī)模使用SHM傳感器而受益,主要是降低了試驗(yàn)成本并節(jié)省了時間!薄巴瑫r,SHM飛行試驗(yàn)活動的結(jié)果,以及參與飛行試驗(yàn)的航空公司的反饋,表明我們在開發(fā)解決方案中走的路是正確的,這將在降低結(jié)構(gòu)性檢查成本中,產(chǎn)生積極的效果。”


  位于加利福尼亞Sunnyvale的Acellent技術(shù)公司業(yè)務(wù)執(zhí)行副總裁Amrita Kumar說到:“很多開發(fā)飛機(jī)傳感器技術(shù)的單位,正在努力加強(qiáng)數(shù)據(jù)管理,而不是簡單地審查數(shù)據(jù)!


  Kumar說到:“你想知道的,正是數(shù)據(jù)所告訴你的,同時,你如何才能高效地管理那些信息?”通過朝著接通條件移動,而不是預(yù)定維護(hù),“由于目前可以使用更多的目標(biāo)傳感器技術(shù),你就不需要拆解飛機(jī)的結(jié)構(gòu),完成檢查!


  Kumar補(bǔ)充說:“當(dāng)檢測到有問題存在以及它的位置時,緊接著的挑戰(zhàn)則是如何描繪出損壞的特征。”她說道:“隨著復(fù)合材料用的越來越多,這將變得越來越重要!


  Kumar表示Acellent公司已經(jīng)“有了初步分類軟件的草稿!彼苓m用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu),目前正在測試版試驗(yàn)中。試驗(yàn)一旦完成,該軟件就會成為Acellent公司SHM復(fù)合材料損傷檢測軟件的一部分,作為一個增強(qiáng)版。她說道:“SHM復(fù)合材料軟件將對復(fù)合材料損傷進(jìn)行檢測、本地化、確定大小以及分類!


  Meggitt公司工程技術(shù)部工程總監(jiān)RaviRajamani指出:“斷層被認(rèn)為是‘復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的一個大問題’,因?yàn)樗軐?dǎo)致結(jié)構(gòu)疲軟和故障!彼f道:“與金屬不同,外觀檢查不能很容易地確定符合材料結(jié)構(gòu)是否有問題,”“嵌入式傳感器由壓電元件組成,可以用于復(fù)合材料的故障檢測。”


  他說:“結(jié)構(gòu)性監(jiān)測的一種可能方法,是分布式的光學(xué)傳感技術(shù)!薄斑@有很大潛力,因?yàn)楣饫w傳感技術(shù)并不需要單獨(dú)的傳感單元。對大型結(jié)構(gòu)件,特別是測量溫度和張力,這就是一個理想的傳感器!


  不好的一方面是,相關(guān)的電子設(shè)備可能體積很大并且比較昂貴,這就是Rajamani為什么解釋從研發(fā)到空間應(yīng)用的過渡還有一段時間的原因。“它們在油氣工業(yè),以及對諸如樓房和橋梁之類的土建結(jié)構(gòu)的監(jiān)控中更常見,在這些地方,對設(shè)備的重量輕和緊湊性并沒有那么多的要求。”


  然而,正如Rajamani所述,與發(fā)動機(jī)相比,用于機(jī)身的預(yù)測和健康管理(PHM)的傳感器更少!皹I(yè)內(nèi)基本上都認(rèn)為”所有的傳感器都能起到PHM的作用,并且“能夠用來完成診斷和預(yù)測。”。他說道:“其局限性通常一直是數(shù)據(jù)的帶寬和計算能力。這使得將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭m當(dāng)位置進(jìn)行分析花費(fèi)畸高!薄暗@正在盡快改變,我們能夠看到越來越多的現(xiàn)有數(shù)據(jù)被用來開發(fā)分析性的解決方法,從而有助于操作與維護(hù)功能!


  通用電氣航空總工程師、控制和配件主管Jim Berg說:“引擎行業(yè)的發(fā)展,更凸顯‘連續(xù)數(shù)據(jù)流’處理并遠(yuǎn)離‘離散數(shù)據(jù)’,提供了能在給定時間內(nèi)捕獲的一條信息,除此以外再無其他!盉erg指出:“這是在過去20年中,引擎健康監(jiān)測持續(xù)進(jìn)步以及傳感器發(fā)展所取得的結(jié)果!


  通用電氣航空數(shù)字服務(wù)和方案工程總經(jīng)理Darin DiTommaso補(bǔ)充道:“OEM(貼牌代工)在大數(shù)據(jù)分析中取得的進(jìn)步,使其能將大規(guī)模的數(shù)據(jù)集匯總起來,這其中包括關(guān)于環(huán)境條件的信息以及配置和操作用途。他說:“那與數(shù)據(jù)科學(xué)和引擎物理學(xué)結(jié)合在一起,在一個稱為Predix 的同一時期的軟件平臺上運(yùn)行,它是一個基于云服務(wù)的通用電氣的產(chǎn)品,能以高效和可擴(kuò)展的方式,為每一臺引擎提供對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的能力!


  以GEnx為例進(jìn)行說明,DiTommaso說:“寬體飛機(jī)引擎適合安裝20個傳感器,為溫度、壓力、流體系統(tǒng)、燃料、燃油、振動監(jiān)控提供數(shù)據(jù),并進(jìn)行數(shù)值設(shè)定及定位。傳感器由通用電氣以及外部供應(yīng)商提供。”


  DiTommaso說:“行業(yè)目前處于一個更好的位置,能夠利用現(xiàn)有傳感器組件的數(shù)據(jù),這主要是得益于數(shù)據(jù)處理和存儲中取得的進(jìn)步,以及將數(shù)據(jù)科學(xué)與其他專業(yè)知識結(jié)合在一起,檢測并且隔離引擎問題,同時我們能夠利用比過去多很多的數(shù)據(jù)。”這意味著與以前沒有計劃的引擎維護(hù),降低檢測以及總的維護(hù)負(fù)擔(dān)相比,現(xiàn)在的行業(yè)更有計劃性。


  當(dāng)然,傳感器是通過機(jī)載有線網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的。以引擎為例,傳感器收集到了有關(guān)引擎狀況的原始數(shù)據(jù),將它們發(fā)送給了健康監(jiān)控單元,它是集成在全權(quán)限數(shù)字引擎控制(FADEC)中的。FADEC對從傳感器接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相同的內(nèi)部處理和數(shù)據(jù)分析,發(fā)出實(shí)時警報。此外,一些未被處理的數(shù)據(jù)可以通過多種方法下載到地面系統(tǒng)—無論是在飛行中還是在飛行結(jié)束后都能進(jìn)行。因?yàn)榫纜會增加重量,因此行業(yè)一直都在研究無線傳感器。


  例如,DiTommaso提到了通用電氣航空的傳感器無線數(shù)據(jù)傳輸,它是OEM正在為引擎健康監(jiān)控研發(fā)的眾多新技術(shù)中的一個。他從眾多優(yōu)點(diǎn)中引用的2個是更好的穩(wěn)定性和減輕重量。


  Parsy解釋道:“最大的問題是在飛機(jī)或宇宙飛船中,機(jī)載傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量越來越大。這需要更大的線纜容量!薄斑@就是為什么在大多數(shù)情況下,無線解決方案會被視為是一種補(bǔ)充—而不是與有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行競爭。另外一些匯聚因素,如數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)存儲、智能系統(tǒng)的小型化的發(fā)展、分布式系統(tǒng),在降低機(jī)載數(shù)據(jù)交換量中,成為重要因素!


  在被問到使用無線傳感器,以獲得改進(jìn)數(shù)據(jù)精度的潛力時,Parsy引用了他們公司關(guān)于空間無線技術(shù)的描述,他說道:“它的主要任務(wù)是通過采用可靠的、超低功率以及時間同步的無線網(wǎng)絡(luò),特別是采用動態(tài)測量,對已有的技術(shù)進(jìn)行挑戰(zhàn)!薄霸谠囼(yàn)中,通過改良的數(shù)據(jù)傳輸可靠性,完成了對精度的重大改進(jìn)!


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