無線傳感器提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)測(cè)能力

 不斷增長(zhǎng)的大數(shù)據(jù)處理能力正在與另一個(gè)不太知名的趨勢(shì)——傳感器的發(fā)展相結(jié)合，并使得飛機(jī)預(yù)測(cè)性維護(hù)成為現(xiàn)實(shí)：傳感器的使用越來越多，而且成本相對(duì)越來越低，傳感器也變得越來越智能化。隨著傳感器數(shù)量的增加或更多的使用它們，運(yùn)營(yíng)商和制造商更好地監(jiān)測(cè)和了解許多飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)，現(xiàn)在無線傳感器的出現(xiàn)正在創(chuàng)造出一系列新的可能性。

首先，維護(hù)部門的經(jīng)理已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，測(cè)量和軟件解決方案的綜合增強(qiáng)正在使飛機(jī)更加智能化。根據(jù)普惠加拿大公司診斷和健康管理項(xiàng)目經(jīng)理Bjorn Stickling表示：“我們看到新的傳感器數(shù)量正在增加，同時(shí)產(chǎn)品也在不斷降價(jià)。”

同時(shí)，UTC航空航天系統(tǒng)(UTAS)智能系統(tǒng)高級(jí)研究員Thomas Wiegele表示，材料和零件的發(fā)展使得現(xiàn)代傳感器的價(jià)格不斷下降。從產(chǎn)品的整個(gè)生命周期來看，傳感器成本不僅包括購(gòu)買，還包括安裝和維護(hù)。

巴西航空工業(yè)公司服務(wù)和支持副總裁Johann Bordais指出，傳感器的可靠性改進(jìn)也在顯著的降低了這些成本。

但是ATR公司推進(jìn)系統(tǒng)負(fù)責(zé)人Fabien Darsonval表示，他還沒有看到傳感器變得越來越不貴。大多數(shù)用戶認(rèn)為，傳感器變得越來越便宜的趨勢(shì)并不十分明顯。Wiegele表示：“通過增加軟件，計(jì)算能力和連接功能，傳感器正變得更加智能化，這些功能為飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)的智能化提供了極大的價(jià)值，但并非沒有增加成本。”換句話說，制造商面臨兩個(gè)選擇，更低的價(jià)格或者更高的錢買更多的服務(wù)。

Stickling也認(rèn)為：“價(jià)格仍然是小型飛機(jī)的挑戰(zhàn)。”

傳統(tǒng)的有線傳感器主要用于控制和故障監(jiān)測(cè)，現(xiàn)在他們?cè)絹碓蕉嗟乇徊捎迷谄渌到y(tǒng)上，如綜合健康管理系統(tǒng)。例如，巴航工程公司正在開發(fā)一種基于計(jì)劃維修的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(S-SHM)解決方案。Bordais說：“它可以通過簡(jiǎn)單快速的自動(dòng)評(píng)估飛機(jī)的結(jié)構(gòu)狀況，來代替復(fù)雜和耗時(shí)的檢查。我們的S-SHM解決方案已經(jīng)應(yīng)用在了一位客戶的E-Jets飛機(jī)上進(jìn)行飛行。”

ATR和英國(guó)麥吉特(Meggitt)傳感系統(tǒng)公司正在研發(fā)螺旋槳平衡趨勢(shì)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能連續(xù)監(jiān)測(cè)螺旋槳的振動(dòng)，這樣運(yùn)營(yíng)商可以更頻繁的自動(dòng)收到報(bào)告，而不必經(jīng)常進(jìn)行地面測(cè)試。ATR公司的Darsonval表示，由于該系統(tǒng)能夠提前警示運(yùn)營(yíng)商，消除螺旋槳不平衡對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)配件的影響，這相當(dāng)于提高了可靠性，降低了維護(hù)成本。

普惠加拿大公司也正在研發(fā)類似的系統(tǒng)。Stickling說：“我們預(yù)計(jì)6月份將批量應(yīng)用在ATR飛機(jī)上，我們剛剛在龐巴迪Q400飛機(jī)上安裝了第一個(gè)系統(tǒng)，這將使得航空公司將螺旋槳平衡維護(hù)活動(dòng)納入“視情”模式，真正實(shí)現(xiàn)維修維護(hù)的優(yōu)化。”

而傳感器的下一步是無線通信，這肯定是一個(gè)影響深遠(yuǎn)的技術(shù)。2年來，ATR飛機(jī)一直在使用無線傳感器進(jìn)行飛行測(cè)試。發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)集中在機(jī)艙級(jí)別，然后發(fā)送到中央系統(tǒng)中，飛行測(cè)試中獲得的經(jīng)驗(yàn)可用于認(rèn)證飛機(jī)能力的擴(kuò)展。

UTAS的Wiegele表示：“我們預(yù)計(jì)非安全相關(guān)系統(tǒng)將成為無線傳感器的首選應(yīng)用。”比如空調(diào)系統(tǒng)，下一步可能是“煙霧探測(cè)器，應(yīng)急照明，客艙壓力感測(cè)，發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量和最終飛行控制致動(dòng)系統(tǒng)”。

當(dāng)前通過民用航空認(rèn)證的無線傳感器具有更高的內(nèi)存容量，更好的無線卸載能力和更長(zhǎng)的電池壽命。因此，盡管靈敏度和頻率方面不如有線傳感器，但它們可以記錄更多的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

巴航工程公司的Bordais則現(xiàn)對(duì)保守。他說：“只有無線傳感器的抗干擾有所改善，才能創(chuàng)造出新的實(shí)施可能性。” 2015年世界無線電通信大會(huì)同意了無線電信內(nèi)部通信(WAIC)的頻譜，標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)RTCA和Eurocae的目標(biāo)是在2019年上半年為WAIC發(fā)布最低業(yè)務(wù)績(jī)效標(biāo)準(zhǔn)。

無線傳感器的潛在優(yōu)勢(shì)是巨大的。第一是在設(shè)計(jì)重量，對(duì)于一架大型飛機(jī)來說，有11000-13,000磅的布線，該技術(shù)可能意味著減重高達(dá)3300-4,000磅。

對(duì)于維護(hù)人員來說，滑油狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以檢測(cè)諸如金屬屑等問題，而無線技術(shù)可以提供對(duì)飛機(jī)上一些難以到達(dá)的位置的測(cè)量，比如旋轉(zhuǎn)元件，也可以進(jìn)行臨時(shí)安裝。

普惠加拿大公司也正在探索新的傳感器技術(shù)，以監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)艙以及滑油系統(tǒng)的一系列參數(shù)：包括振動(dòng)、溫度和壓力數(shù)據(jù)。但這些無線傳感器的布置主要是基于維護(hù)目的，并且它的可靠性不會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的控制和可用性。

Stickling表示：“發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中仍然存在大量尚未開發(fā)的信息，因?yàn)槲覀冏鳛橹圃焐逃心芰梅治黾夹g(shù)，這將有助于改進(jìn)主動(dòng)，預(yù)防和狀態(tài)維護(hù)。”他認(rèn)為，現(xiàn)在數(shù)據(jù)量的分析能力已經(jīng)有很大的提高。

但是隨著傳感器數(shù)量、數(shù)據(jù)傳輸能力和在飛機(jī)上的存儲(chǔ)能力的大幅增加，新的挑戰(zhàn)也在不斷出現(xiàn)。一方面硬件能力有了很大的提高，同時(shí)軟件上，模式識(shí)別和并行計(jì)算也被應(yīng)用了進(jìn)來。

ATR飛機(jī)公司擔(dān)心數(shù)據(jù)所有權(quán)和利用率可能會(huì)在航空運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)供應(yīng)商之間產(chǎn)生爭(zhēng)議，特別是航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商，這將阻礙無線傳感器在飛機(jī)和航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的發(fā)展。