摘要：飞机运行过程中出现的间歇性故障具有隐蔽性强、故障现象不稳定、故障发生频次不确定、故障现象受环境因素影响难以再现的特点，给此类故障的彻底排除造成了极大困难。针对一起奖状560XLS+机型柯林斯姿态航向基准系统的间歇性故障，提出基于QAR数据分析的排故方法，通过对柯林斯姿态航向基准系统工作原理、故障现象和故障发生时的飞行状态的深入分析，在地面测试难以再现故障的情况下，对故障航段飞机快速存储记录器QAR记录的飞行数据进行译码、分析，准确判断故障部件并排除故障。同时对采用此种方法排除间歇性故障的过程和方法进行了归纳总结，为排除此类飞机运行过程中出现的间歇性故障提供了创新思维和借鉴指导，提高了排除此类故障的准确性、及时性和经济性。

　　关键词：电子飞行综合显示系统；姿态航向基准系统；姿态航向计算机；横滚；间歇性故障；快速存储记录器；爬升

　　0引言

　　飞机快速存储记录器(Quick Access Recorder,QAR)是一种机载数据记录仪，其存储的数据来源于机载飞行数据记录器(Flight Data Record,FDR),用于记录、监控整个运行过程的飞行参数，该记录器将数据以离散的时间序列形式记录，主要用于飞行品质监控和飞行员操作表现的评估，也用于不安全事件调查和故障分析。不同于FDR的是，其存储的飞行数据便于及时获取，以用于相关领域的调查研究和分析，满足其时效性和准确性的要求。中国民用航空局于1997年在民航规章中明确规定，所有运行中的飞机必须装备快速存储记录器QAR。贺刚等简要介绍了飞行安全管理、飞行员操作特征分析，航空器维修等方面的应用情况与研究进展。刘胤甫分析概括了基于QAR数据分析识别飞行员操作风格的方法研究。白进福等利用QAR数据排除空客A320机型间歇性故障。

　　R数据涵盖内容丰富且关键，内容包括航向、速度、高度、姿态等飞行参数，还采集驾驶舱电门、手柄、控制面板的控制指令和状态，以及传感器、作动器、伺服舵机、无线电导航信号等系统数据，应用前景广泛。本文针对QAR数据在航空器维修及故障分析上的应用，提出了基于QAR数据分析的排故方法，通过一起典型故障案例的排故过程，即通过对柯林斯姿态航向基准系统工作原理，以及故障现象和故障发生时的飞行状态的深入分析，在地面测试难以再现故障的情况下，采用基于对故障航段飞机快速存储记录器QAR记录的飞行数据进行译码、分析，准确判断故障部件并排除故障，对采用此种方法排除间歇性故障的思路和方法进行了归纳总结，解决了传统排故方法主要依靠飞机制造厂家维护手册、故障隔离程序、系统测试和校准程序排除间歇性故障的困难，为排除此类飞机运行过程中出现的间歇性故障提供了创新思维和借鉴指导，提高了排除此类故障的准确性、及时性和经济性。

　　1故障现象

　　560XLS+机型某架飞机在停场期间，遭遇大雨，受环境因素（潮湿）影响，导致该飞机在停场后第一个飞行日，起飞爬升机动转弯过程中出现姿态航向基准系统间歇性故障。机组反映飞机爬升阶段机动转弯过程中出现EFIS MISCOMPARE CAS信息,并且正副驾驶PFD同时出现ROLL（横滚）比较旗，自动驾驶非指令脱开，机组按检查单处置，改为人工驾驶，3 min后故障信息消失，机组重新接通自动驾驶后，显示系统及自动驾驶系统工作正常，后续飞行2h,落地正常。

　　2柯林斯姿态航向基准系统工作原理

　　奖状560XLS+机型机载的双套柯林斯姿态航向基准系统，是基于MEMS传感技术的固态惯性测量系统，通过测量角速率、线加速度和地球磁场来构成一个稳定的姿态航向基准系统，是一种集成传感器。系统通过正副驾驶主显示器为飞行机组提供航向、姿态、侧滑指示，并通过IAPS综合电子处理器系统将航向、姿态、加速度等信息提供给自动驾驶系统、气象雷达系统，用于自动驾驶计算机控制飞机姿态和航向，及稳定气象雷达天线。AHRS与传统垂直和定向陀螺系统不同，陀螺元件是安装在飞机轴向上的光纤陀螺。如图1所示，AHRS系统由以姿态航向计算机、磁通组件和外部补偿组件组成。姿态航向计算机(AHC-3000)是系统的核心部件，由4个主要子部件组成：惯性测量单元(IMU)包含速率陀螺仪、加速度计,用来感知飞机的运动、加速度／减速以及围绕飞机轴线的旋转；中央处理器单元(CPU)计算姿态和航向数据，还控制和监视整个系统的工作状态；输入／输出(I/O)单元监督系统中各组件之间的数据处理；电源组件将飞机电源转换为系统所需的直流电压。磁通组件(FDU-3000)位于平尾上部，用于感测地磁场，为姿态航向计算机提供磁航向基准。外部补偿组件(ECU-3000)为AHC提供罗盘校准数据。

　　如图2所示，AHC-3000通过高速2号、3号429总线将姿态及航向信息直接提供到正副驾驶EFIS综合显示系统的4个显示器上，并通过1号高速429总线经I/O组件提供给自动驾驶计算机。

　　3基于QAR数据的故障分析及排故过程

　　飞机落地后，随机维修人员查阅CMC故障信息后，重新安装两部AHC计算机，检查ECU补偿组件、FDU磁通组件和相关线路正常，并进行地面长时间通电测试正常后放行飞机，后续飞行正常。外站飞行任务结束回京后，了解到当时的故障现象及环境因素，对此故障进行了再次分析复查。

　　根据机组反映的故障现象，初步判断是由于正副驾驶AHRS姿态航向基准系统提供给指示系统和自动驾驶系统的横滚(ROLL)角度数据不一致造成的，当横滚(ROLL)角度不一致并大于3°时，出现EFIS MISCOMPARECAS故障信息，当横滚(ROLL)角度不一致并大于5°时，自动驾驶非指令脱开。

　　3.1查阅C MC现存故障及历史故障

　　无现存故障，相关历史故障两条：EFIS MISCOMPARE故障信息，AUTOMATIC FLT CONTROL故障信息，故障触发时间与机组反映一致，查阅EFIS MISCOMPARE和AUTOMATIC FLT CONTROL故障信息细节，故障触发原因为PITCH,ROLL,OR YAW CUTOUT OCCURRENCE,结合机组反映的故障现象和AHRS系统工作原理，确认故障原因是由于正副驾驶AHRS姿态航向基准系统提供给指示系统和自动驾驶系统的横滚(ROLL)角度数据不一致造成的，但根据以上信息无法确定是正副驾驶中的哪一套AHRS系统故障，需进一步隔离。

　　3.2对正副驾驶AHRS系统进行检查测试

　　奖状560XLS+有两套AHRS系统，系统组成较为简单，主要由供电系统、AHC计算机、ECU补偿组件、FDU磁通组件和相关线路组成。正驾驶AHRS由正常直流电源供电，副驾驶AHRS由应急汇流条供电，两套AHRS系统还配有一个备用电源，在临时断电（如发动机启动期间）时提供直流电源，通过以上情况分析，正常和备用电源同时故障的概率极低，排除AHRS供电系统故障的可能性。ECU补偿组件为AHC计算机提供航向校准数据，FDU磁通组件提供磁航向基准，不涉及姿态数据，排除ECU及FDU磁通组件故障的可能性[15]。检查两部AHC计算机、ECU补偿组件、FDU磁通组件安装正常，相关线路正常。地面测试正常。通过以上故障隔离，故障部件范围锁定在正副驾驶AHC计算机上。

　　3.3基于QAR数据分析对比

　　为进一步准确隔离故障部件，采集故障当天及前后两个飞行日的QAR数据进行分析。QAR数据的涵盖内容十分广泛，结合本此故障现象主要采集了飞行时间(TIME_ R)、飞行阶段(FLIGHT_ PHASE)、空地状态(WOW)、自动驾驶衔接状态(APENG)、正驾驶横滚角度(ROLLL)、副驾驶横滚角度(ROLLR)、磁航向(HEAD_ MAG)几个QAR参数进行分析[。如图3所示，当天故障发生时，飞机处于爬升(Climb)阶段机动转弯状态，正副驾驶AHRS提供的横滚(ROLLL)角度数据存在3°以上的差值，最大差值接近10°,间断出现故障时间3 min,副驾驶AHRS提供的横滚角度(ROLLR)数据波动很大，飞机持续飞行一段时间改平飞后差值减小，故障现象消失，后续飞行过程中正副驾驶AHRS提供的横滚(ROLL)角度数据在快速转弯时也出现短时不同程度的差值，但未超过3°门限值，直至飞机落地，故障现象未再出现。

　　采集故障发生前一个飞行日的QAR数据进行分析，如图4所示，正副驾驶横滚(ROLL)角度差值小于2°,符合手册要求。

　　采集故障发生后一个飞行日的QAR数据进行分析，如图5所示，正副驾驶横滚(ROLL)角度差值小于2°,符合手册要求。

　　通过对上述QAR数据的分析对比，发现副驾驶AHRS提供的横滚角度(ROLLR)数据波动异常，判断副驾驶AHRS姿态航向基准系统出现间歇性故障的原因是由于飞机停场期间，遭遇大雨导致副驾驶AHC-3000计算机受潮，部件可靠性下降导致的。根据维护手册更换更换副驾驶AHC-3000计算机，并在地面长时间通电测试正常后，放行飞机。飞机后续飞行正常，采集更换新的副驾驶AHC-3000后的一个飞行日的QAR数据与之前数据进行分析对比，如图6所示，正副驾驶姿态航向基准系统横滚(ROLL)角度数据在整个飞行阶段差值在1°左右，参数非常好，确定故障排除。

　　4结束语

　　借助对QAR记录的多场次飞行参数的分析对比，发现由于副驾驶姿态航向基准计算机AHC-3000受环境因素（潮湿）影响，造成部件可靠性下降，间断出现横滚

　　(ROLL)角度输出值波动异常，从而准确隔离排除故障。本文归纳总结了基于QAR数据分析排除间歇性故障的条件、基础、过程和具体方法。一是通过与机组深入交流了解故障现象的细节、飞行状态、外部环境、故障发生时间点等详细信息，并对机载中央维护计算机系统存储的故障数据进行分析，初步判断故障涉及的系统和部件，便于有针对性地排故和提取QAR数据进行分析。二是仔细分析故障系统及相关部件的工作原理，对涉及的故障系统及子部件进行详细检查和反复测试，尽可能模拟故障当时各系统及部件的工作状态，进一步锁定故障部件，确定需要译码的QAR数据种类。三是尽可能多地采集故障发生前后的QAR数据进行分析比对，防止由于QAR数据过少，个别极端值或异常值对数据分析的准确性产生随机性影响。

　　本文中涉及的排故分析仅使用了部分QAR数据，未来将开展更为深入的QAR数据在维修领域应用研究，提高基于QAR数据分析排故的范围和深度，通过QAR数据快速锁定故障系统或部件，缩短维护时间和成本，提高故障隔离的准确性，保障飞行安全。另外，对于电子设备舱位于非增压区的飞机，需要加强对机身外部接近门封严条的检查，外站运行过程中如遇到大雨或潮湿天气可以使用航空防潮专用胶带对接近门边缘进行防潮处理,从而降低环境因素对飞机机载设备的影响。

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