ICS 49.050 V 31
HB 8536-2016
民用飞机辅助动力装置(APU)
健康管理要求
Requirements for auxiliary power unit (APU)health
management of civil aviation
2016-10-22 发布 2017-04-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部发布
前言
本标准按照 GB/T 1.1-2009《标准化工作导则第 1 部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。本标准由中国航空综合技术研究所归口。
本标准起草单位：中国航空动力机械研究所、中国航空综合技术研究所、南京机电液压工程研究中心。
本标准主要起草人：宋云峰、张华、邓文革、侯乐毅、邓佳。
民用飞机辅助动力装置(APU)
健康管理要求
1 范围
本标准规定了民用飞机辅助动力装置(APU)健康管理系统的技术要求和验证要求等。
本标准适用于新研制的民用飞机辅助动力装置(APU)健康管理系统。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
TSO-C77B 燃气涡轮辅助动力装置(APU)
3 术语和定义、缩略语
3.1 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1.1
降级 degradation
APU 的性能和能力随着时间或使用而降低的机制。
3.1.2
APU 健康管理系统 APU health management system
利用传感器的输出、数据采集、数据处理、数据分析和人的决策，确定 APU、各系统和零部(附)件的健康状况的系统。
3.2 缩略语
下列缩略语适用于本文件。
ACARS —— aircraft communications addressing and reporting system,飞机通信寻址和报告系统;
ARINC —— aeronautical radio,incorporated，航空无线电公司;
BCV —— bleed control valve，引气控制阀;
BIT —— built-in test，机内测试;
ECS —— environmental control system，环境控制系统;
EGT —— exhaust gas temperature，排气温度;
ETOPS —— extended operations with multi-engine aircraft，多发飞机延程运营;
FOD —— foreign object damage，外物损伤;
FMEA —— failure modes and effects analysis，故障模式和影响分析;
IGV —— inlet guide vane，进口导向叶片;
LRU —— line replaceable unit，航线可更换单元;
MES —— main engine start，主发动机起动;
SATCOM —— satellite communications，卫星通信;
SITA —— societe internationale telecommunications aeronautiques，国际航空通信学会。
4 要求
4.1 总则
APU 健康管理系统具有 APU 状态监测、故障诊断和预测以及寿命管理功能，能够对 APU 状态进行实时监测、自动定位已发生故障的部件并预测潜在的故障， 自动提交诊断和预测报告给飞机综合管理系统。APU 健康管理四要素参见附录 A。
4.2 尺寸
APU 健康管理系统和附件的具体尺寸由相关接口文件确定。
4.3 重量
APU 健康管理系统和附件的重量应满足 APU 主机厂/原始设备制造商的要求，具体重量要求应在专用规范中规定。
4.4 颜色
APU 健康管理系统和附件的颜色应满足 APU 主机厂/原始设备制造商的要求，具体颜色要求应在设计图样或专用规范中规定。
4.5 外观质量
APU 健康管理系统和附件的外表面应光洁完好，涂层均匀致密，无起皱、脱落、划伤等缺陷，工艺堵头、锁丝、锁片、铅封等应完好无损。
4.6 标志和代号
APU 健康管理系统和附件上应有明显的信息标志。标志可用标牌、冲蚀、刻蚀等方式处理。信息内容应至少包括：
a) 产品型号或标记;
b) 制造日期或生产批号。
除 a)、b)外，还可包含生产厂家、输入参数、输出参数、接线标志和方式等内容。
4.7 材料
应采用符合国家标准或行业标准的材料，当采用非国家标准或行业标准的材料时，若已证明它们比国家标准或行业标准规定的材料更适用，经主机厂/原始设备制造商同意可以使用。用于预定用途时，这些材料对人的健康应无有害影响，该要求对于所有可能的故障模式以及在所要求的环境中都应予以满足。不应使用镁合金等易燃金属材料，以及不相容材料。
4.8 功能
4.8.1 状态监测
APU 健康管理系统状态监测功能通常包括性能参数监测、滑油系统监测、机械振动监测和控制系统监测等。根据 APU 的特性设定 APU 起动、超温、超转、振动超限、滑油系统参数超限等相关超限判据。
4.8.2 诊断与预测
APU 健康管理系统根据监测的 APU 特征参数信息，采用诊断算法进行分析，实现对 APU 部件、分系统及各零部(附)件的故障诊断，定位主要机械故障。APU 健康管理系统利用APU 性能参数、机械状态参数以及其他特征参数随时间的变化趋势，预测 APU 部件、分系统及各零部(附)件的故障和工作状态。
4.8.3 寿命管理
APU 健康管理系统记录、分析 APU 整机、分系统及各零部(附)件的工作时数、低循环次数等情况，通过寿命折算和评估算法预计 APU 整机、分系统及各零部(附)件剩余寿命，为 APU 使用计划、机群管理、后勤决策提供依据。
4.9 性能
APU 健康管理系统一般包括以下性能要求，具体性能指标应由专用规范确定：
a) 故障检测率;
b) 故障定位率;
c) 虚警率;
d) 漏检率。
4.10 设计与结构
4.10.1 系统组成
APU 健康管理系统一般由传感器、电子监控器、地面设备，以及相关的电气附件和软件等组成，见图 1。
图 1 APU 健康管理系统组成示意图
4.10.2 硬件
4.10.2.1 传感器
APU 健康管理系统的传感器应满足以下要求：
a) 应根据 APU 健康管理功能要求选用对应的传感器;
b) 传感器本身的精度、准确性、分辨率、实时性应满足监测需要;
c) 机载设备传感器安装后应无需再校准。
4.10.2.2 电子监控器
电子监控器应满足以下要求：
a) 系统电路：一般由处理器、存储器、定时器电路等组成， 主要完成数据采集、数学运算、逻辑诊断、数据存储、定时中断、内/外部通信等功能。处理器应可保证运行速度满足使用要求，若无特殊规定，应预留 30%以上的处理能力;
b) 输入、输出： 开关量、频率量的输入、输出应采取隔离措施， 模拟量的输入、输出应采取滤波措施，输入、输出通道应具有一定的扩充余量;
c) 数据存储：系统本身应具有数据存储功能，其存储间隔、存储时间、数据类型等应在专用规范中规定;
d) 通信：数据的传输方式、传输速率和传输内容应满足专用规范要求;
e) 元器件：电子元器件宜从规定的电子元器件优选目录中选取，并按相关规定进行二次筛选;
f) 连接器：连接器应在结构上采取防错设计，不应采用颜色或标志识别的方法作为防错措施;
g) 电源：APU 健康管理机载设备供电由飞机或 APU 提供，宜采用一组主电源和一组备份电源的供电方式，电源特性应符合 DO-160 第 16 章规定的 B 类标准的规定;
h) 机内自检测装置：硬件本身应具有自检测功能，并能使自检测故障定位到具体电路上。
4.10.2.3 地面设备
地面设备应满足以下要求：
a) 地面设备的设计应考虑机载设备记录的数据传输到地面设备的方式，如人工操作、存储设备、接口输出等。地面设备的存储器应有足够的容量。
b) 地面设备处理和分析的方式一般包括人工、计算机辅助和自动。地面设备设计应根据其工作方式，并考虑输出数据的格式要求与存储。选用计算机时应留有足够的存储和计算能力， 以适应系统数据处理软件程序的修改、增补和更新。
c) 应考虑外围输出设备的类型，如显示器、打印机和绘图机等。
d) 应考虑与 APU 试车的兼容性，包括地面台、高空台和在飞机上的试车。
4.10.2.4 电气附件
开关按钮、中间继电器、电缆等电气附件应满足以下要求：
a) 电气系统设计应符合 HB 6183 的要求;
b) APU 健康管理所有电气和电子设备及附件的电搭接应满足相关要求;
c) 信号线应采取有效屏蔽，屏蔽套接至插头，在插头处单点接地;
d) 电气接插应具备防插错功能;
e) 除拨动式开关外，使用其他特殊型电气和机械开关时，应经主机厂/原始设备制造商批准。
4.10.3 软件
通过软件设计，实现监测参数获取与确定、APU 运行状态监测与判断、APU 故障诊断与预测，以
及寿命计算与管理等。所有相关软件的设计、实现和验证方法应经中国民用航空局批准， 将软件错误存在的可能性减至最小，并符合其实施功能的关键性要求。
软件应满足以下要求：
a) 开发：应用软件的开发应符合 DO-178 的要求;
b) 余量：内存和运行时间的占用余量不应低于 30%;
c) 精度：软件的运算精度与所使用的编程语言和编译工具有关，应根据系统需求确定;
d) 语言：应选择符合国家标准或国际标准的语言，并尽量采用高级语言编写;
e) 注释：为提高软件的可续性和清晰性，源程序应使用注释行，且注释部分一般不低于代码行的30%;
f) 软件开发过程：软件的研制过程、文档、管理和控制应按照相关要求进行。
4.10.4 监测参数
4.10.4.1 参数选择
典型参数如下：
a) 小时和循环——用于可靠性跟踪和使用显示;
b) 进气温度——用于将 APU 数据换算为标准天对应的数据;
c) 初始进气温度——用于在 APU 起动时区别地面与空中;
d) 初始进气压力——用于在 APU 起动时区别地面与空中;
e) 进气压力——用于将 APU 数据换算为标准天对应的数据(建立高度和燃油调节规律);
f) 负载压气机出口温度——用于了解负载压气机衰退趋势;
g) 负载压气机出口压力——用于了解负载压气机衰退趋势;
h) 达到可以“加载”的时间——用于评估 APU 达到可“加载”状态(如加电或气动载荷)的时间;
i) 起动时间——用于评估 APU 达到特定转速所用的时间;
j) APU 起动中最高排气温度——用于分析核心机衰退量或进气阻塞;
k) APU 起动中最高排气温度的变化系数——用于将在恒定机械转速下不工作的APU 的最高排气温度换算为标准天对应的数据;
l) 工作载荷下的排气温度——用于分析 APU 核心机衰退量，如空中MES 或为ECS 供气时;
m) 最大载荷转速——用于将在恒定机械转速下不工作的 APU 排气温度换算为标准天对应的数据;
n) 进气导向叶片位置/角度——用于分析 APU 核心机衰退量和提供压缩空气的能力;
o) 引气压力——用于分析 APU 向飞机系统提供压缩空气的能力;
p) 电池电压和/或电流——用于分析 APU 因控制器断电而不能起动或停车的原因;
q) 起动电流——用于分析 APU 起动缓慢或起动失效的原因;
r) 滑油温度——用于分析滑油冷却器是否阻塞或故障以及发电机是否故障;
s) 滑油压力——用于分析滑油泵故障或衰退量;
t) 燃油油滤两端的压差——用于分析燃油系统是否存在污物;
u) 滑油油滤两端的压差——用于分析滑油系统是否存在污物;
v) 滑油污物收集——用于分析滑油系统磁污物;
w) 滑油污物检测——用于检测滑油系统中的磁性及非磁性污物;
x) 振动——用于分析外物损伤、叶片损伤、轴承或齿轮故障、LRU 故障，并建立导致转子部件位移的问题;
y) 发电机载荷或需求——用于将 APU 数据换算为标准天对应的数据;
z) 燃油流量——用于分析 APU 核心机衰退量;
aa) 燃油伺服电流——在燃油流量与测得的参数存在差异时，用于分析核心机衰退;
bb) 最大燃油管路压力与 EGT 温升之间的时间——用于分析燃油喷嘴阻塞;
cc) 停车时间——用于分析轴承和齿轮衰退量;
dd) 液压压力——用于分析 APU 驱动液压泵的能力。
4.10.4.2 测量参数的有效性
应在排除传感器和执行机构的故障后再形成有效数据，以反映真实的APU 工作性能参数，并对APU健康状况进行判断。确保测量参数有效性的常用方法包括：
a) 极值判断;
b) 斜率判断;
c) 与 APU 运行状态参数比较判断;
d) BIT 判断。
4.10.5 事件
4.10.5.1 总则
应在从事件发生前至事件发生后的一定时间范围内采集超限数据，并采集飞行员动作信息，对不同参数应采用不同采样速率。
4.10.5.2 用于诊断分析的事件
可用于诊断分析的事件主要包括：
a) 保护性停车;
b) 起动失效;
c) 在 ECS 使用时 IGV 关闭;
d) BCV 故障;
e) APU 紧急停车。
APU 故障测定参见附录 B。
4.10.5.3 用于预测分析的事件
可用于预测分析的事件主要包括：
a) APU 起动;
b) MES;
c) APU 满负荷运转;
d) ECS 运转(正常运转);
e) 只提取轴功率;
f) APU 空载运转;
g) APU 停车。
4.10.6 通信
APU 健康管理的通信方法与主发动机健康管理的数据通信方法类似，其主要包括：
a) APU 健康管理机载设备的数据需要传输给地面设备进行分析，一般借助通信的方式实现。
b) 飞机在空中时，数据可通过数据链服务器进行自动传递，如 ARINC 或 SITA 数据总线经由ACARS (VHF 电台传输)或通过卫星通信(SATCOM)。
c) 飞机在地面时，可利用可移动介质通过无线宽带通信或便携式计算机来传递数据，还可将资料下载到一个无线宽带地面网络。在最坏的情况下， 是由人工获取数据，将数据传给健康管理系
统地面设备。
4.10.7 ETOPS
APU 健康管理系统的设计应满足 ETOPS 的要求，具体参见附录 C。
4.11 接口
4.11.1 机械接口
APU 健康管理机载设备的安装接口应满足专用规范的要求。
4.11.2 电气接口
4.11.2.1 机载设备接口
APU 健康管理机载设备应具有与飞机系统、APU 数控系统和APU 健康管理地面设备等的电气接口，具体电气接口要求应由专用规范确定。
4.11.2.2 地面设备接口
APU 健康管理地面设备应具有与 APU 健康管理机载设备、维修中心、外场或航站、航修厂或维修基地、大修厂或生产厂以及其他 APU 健康管理地面设备的电气接口，具体电气接口要求应由专用规范确定。
4.11.3 维护接口
APU 健康管理机载设备应具有与地面检测装置连接的维护接口，用于硬件检测和软件维护。
4.12 环境适应性
4.12.1 温度-高度
APU 健康管理系统及附件在 DO-160 规定的温度-高度环境条件下工作时，功能和性能等应符合规定要求。APU 健康管理系统及附件应根据安装位置和装机对象，按 DO-160 进行类别选择，以确定试验条件和试验方法。
4.12.2 温度变化
APU 健康管理系统及附件在 DO-160 规定的温度变化环境条件下工作时，功能和性能等应符合规定要求。APU 健康管理系统及附件应按DO-160 进行类别选择，再根据类别按相应试验方法进行试验。
4.12.3 湿热
湿热试验用于评价 APU 健康管理系统及附件承受自然的或诱发的潮湿大气的能力。APU 健康管理系统及附件在 DO-160 规定的湿热环境条件下工作时，功能和性能等应符合规定要求，不应发生腐蚀或其他损坏。产生凝露时， 不应发生电气短路。APU 健康管理系统及附件应根据安装位置，按DO-160进行类别选择，再按类别进行试验。
4.12.4 工作冲击和坠撞安全
APU 健康管理系统及附件在 DO-160 规定的工作冲击环境条件下时应不损坏。飞机发生一定强度的坠撞冲击时，各部件之间的连接应不松脱。APU 健康管理系统及附件应按 DO-160 规定的方法进行冲击试验和坠撞安全试验。
4.12.5 振动
APU 健康管理系统及附件在 DO-160 规定的振动环境条件工作时，功能和性能等应符合规定要求。试验内容的选择取决于以三因素：
a) 飞机类型;
b) 试验类别;
c) 设备在飞机上的安装位置。
应按 DO-160 选择振动试验类型和试验量值，再按 DO-160 的试验程序进行试验。
4.12.6 防水
防水试验用于确定设备是否能经受住喷溅或滴落到其上面的液态水的影响。APU 健康管理系统及附件应适应 DO-160 规定的环境条件。应根据安装位置， 按 DO-160 进行分类，以确定试验类型和试验方法。
4.12.7 砂尘
APU 健康管理系统及附件在DO-160 规定的砂尘环境条件下应能满意地工作。应根据安装位置，按 DO-160 进行分类，以确定试验类型和试验方法。
4.12.8 霉菌
APU 健康管理系统及附件在 DO-160 规定的霉菌环境条件下不应长霉，不应有霉菌生长侵蚀材料、破坏外观及导致电气系统损坏。各组成部分应具有抗霉菌的能力。
4.12.9 盐雾
APU 健康管理系统及附件在 DO-160 规定的盐雾环境条件下不应产生腐蚀。
4.12.10 电源输入
APU 健康管理系统及附件在 DO-160 规定的电源输入条件下应能正常工作，功能和性能应符合规定要求。 一般 APU 健康管理系统及附件为直流设备， 其设备分类、具体试验方法和参数选择按DO-160。
4.12.11 电压尖峰
APU 健康管理系统及附件在 DO-160 规定的电压尖峰条件下应能正常工作，功能和性能应符合规定要求。一般 APU 健康管理系统及附件为直流设备，其设备分类、具体试验方法和参数选择按DO-160。
4.12.12 射频敏感度和射频能量发射
APU 健康管理系统及附件在 DO-160 规定的条件下应能正常工作，功能和性能应符合规定要求。
4.12.13 雷电敏感性
雷电敏感性用于评价 APU 健康管理系统及附件耐受闪电诱发的瞬态干扰的能力。APU 健康管理系统及附件在 DO-160 规定的电压尖峰条件下应能正常工作，功能和性能应符合规定要求。
4.12.14 结冰
结冰试验用于确定暴露于结冰环境中时需工作的设备的性能特征。APU 健康管理系统及附件应适应 DO-160 规定的结冰环境条件。按 DO-160 进行设备分类，再按规定方法进行试验。
4.13 抗雷电性
APU 健康管理系统应具有雷击防护措施，以尽可能减少雷电损害。APU 健康管理系统的接口电路应具有雷电瞬态保护能力，每条关键连接电缆都应能承受磁性耦合到电缆芯束的电流而不危及飞行安全。应满足 DO-160 的要求。
4.14 高强度辐射场
APU 健康管理系统及其电子、电气附件应能在规定的高强度辐射场满意工作。
4.15 可靠性
APU 健康管理系统的可靠性要求主要包括：
a) APU 健康管理系统应在 APU 整个寿命期内工作可靠，性能稳定。在研制过程中应按照 APU可靠性大纲开展可靠性工作。
b) APU 健康管理系统设计过程中应尽可能采用成熟技术。
c) APU 健康管理系统基本可靠性指标包括 MTBF 的成熟期目标值、取证时可接受值，由项目专用规范规定。
4.16 维修性
APU 健康管理系统维修性要求主要包括：
a) 一般按二级维修体制进行设计，包括航线级、基地级。
b) 平均修复时间(MTTR)、平均系统故障恢复时间(MTTRS)等具体的维修性指标由项目专用规范规定。
c) 在 APU 健康管理系统研制过程中应按照 APU 维修性大纲开展维修性设计，制定并实施维修性工作计划。
d) APU 健康管理系统应采用模块化设计，并明确外场可更换单元，当发现系统或附件故障时，应能快速更换外场可更换单元。
e) APU 健康管理系统的维修应采用视情维修方式，在进行维修时，不需要拆下其他系统或附件，也不影响其他系统或附件的性能。可调部位便于调整、可达性好。每个系统或附件应能单独从APU 上拆下和更换，无需特殊校准或与其他附件进行匹配调整。
f) 除另有规定外，应进行安装状态和非安装状态两种情况的可维护性分析。
4.17 测试性
在 APU 健康管理系统研制过程中应按照 APU 测试性大纲开展测试性设计，制定并实施测试性工作计划，使 APU 健康管理系统具有良好的测试性。
APU 健康管理系统应具有 BIT 和故障诊断能力，并能将故障隔离到 APU 健康管理系统的外场可更换单元。
4.18 安全性
4.18.1 基本要求
APU 健康管理系统应满足以下基本要求：
a) APU 健康管理系统不应对发动机和控制系统的安全性造成任何负面影响;
b) 应按照 APU 安全性大纲的相关规定进行 APU 健康管理系统的安全性设计;
c) 任何 APU 健康管理系统故障或多重失效及任何可能的不正常操作，均不应引起 APU 出现着火等情况;
d) APU 健康管理系统在 APU 上的安装、电气连接、电源开关等均应有保险措施和明显的识别标志。
4.18.2 防触电
APU 健康管理系统防触电应满足以下要求：
a) 在系统正常工作期间，对可能与人体接触的超过 36V 交流有效值或直流电压的各点，应有保护人身安全的措施。
b) 系统所有的外部金属零件、面板、机箱和屏蔽层在正常工作期间， 应处于地电位。除同轴电缆外，其他所有电缆或连接，不应依靠屏蔽层作为载流地线。
c) 接到屏蔽层、铰链和其他金属零件上的搭接线，不应作为电路的载流地线。
d) 高电压电路中，应对电容器提供放电装置，以保证放电后能迅速放到 36V 以下。
e) 当插头与插座分离时，其插针不应带电。
4.18.3 防爆炸
APU 健康管理系统的所有电气设备及附件，不应点燃其周围的爆炸性混合气。
4.18.4 防火/耐火性
所有 APU 健康管理系统应满足防火和耐火性要求，应符合TSO-C77B 的 5.2。
4.18.5 防危害物质危害
APU 健康管理系统一般不应采用下列含有危害物质的材料：
a) 已确定含有致癌物的材料;
b) 汞及含汞的材料;
c) 放射性材料;
d) 能释放与空气化合成酸或腐蚀性碱的气体的材料，能释放有毒烟雾和易爆炸气体的材料。
若需要采用上述材料时，应采取有效的防护措施。
4.18.6 防短路、断电
机载设备应具有短路保护，各模块的短路不应造成其他设备和系统的损坏。APU 健康管理地面数据处理设备应具有断电保护设备。
4.18.7 软件安全
APU 健康管理软件应有软件设计安全性计划，以确保达到安全性要求的目标。软件需求分析、概要设计、详细设计、安全性测试、接口分析等都应有安全性分析技术和设计方法。
应完成 APU 健康管理系统所有与安全飞行相关的关键部件的分析，从而使软件在异常工作状态和/或故障情况下满足安全要求。
4.19 互换性
具有相同零、组件号的所有零、组件均应在功能和尺寸上是可互换的，且不应降低 APU 健康管理系统的性能、可操作性和耐久性。
APU 健康管理系统中的可更换单元更换后，一般应无需重新标定。
5 验证
5.1 系统仿真试验
APU 健康管理系统研制过程中进行系统仿真试验，验证内容主要包括：
a) 对系统硬件及软件设计等进行原理性和部分工程适用性的前期技术研究和验证，以评价 APU
健康管理系统技术的有效性;
b) 验证 APU 健康管理系统的硬件工作状态、软件结构与逻辑的正确性以及软件和硬件共同工作的匹配性，验证所有硬件和软件功能及性能是否达到设计要求;
c) 验证 APU 健康管理系统数据信息处理的正确性和精度、故障判别准则和处理对策的正确性、寿命算法的正确性、趋势分析算法的正确性;
d) 验证 APU 健康管理系统的状态监测、故障诊断、故障预测和寿命管理的功能和性能以及工作可靠性;
e) 验证 APU 健康管理系统硬件进行输入、输出通道和各个功能模块的正确性和精确性;
f) 验证 APU 健康管理系统与其他系统接口的正确性。
5.2 与 APU 匹配试验
5.2.1 地面台架试验
APU 健康管理系统随 APU 进行地面台架试验，验证以下内容：
a) 验证 APU 健康管理系统记录存储的事件和 APU 工作状态参数是否正确，验证状态监测功能是否满足设计要求;
b) 利用故障模拟装置进行传感器故障和输出信号故障的模拟试验，验证 APU 健康管理系统故障诊断和定位是否正确，处理对策是否满足设计要求。
5.2.2 高空台试验
APU 健康管理系统随 APU 进行高空台试验，模拟高空条件下 APU 与 APU 健康管理系统的运行状况，验证以下内容：
a) 验证 APU 健康管理系统状态监测功能是否满足设计要求;
b) 验证 APU 健康管理系统故障诊断和定位是否正确;
c) 验证 APU 健康管理系统寿命管理功能是否满足设计要求;
d) 检查 APU 健康管理系统处理如瞬态传感器信号、随机测量波动和非稳态性能、振动参数变化等真实环境不确定性能力，以及对环境的适应能力、抗干扰能力和实时诊断能力;
e) 初步考核 APU 健康管理系统工作的可靠性。
5.2.3 飞行试验
APU 健康管理系统随 APU 进行飞行试验，验证以下内容：
a) 飞行试验中验证 APU 健康管理系统的状态监测功能是否满足设计要求;
b) 统计试飞过程中 APU 发生的故障，验证 APU 健康管理系统故障诊断和定位是否正确。
附录 A
(资料性附录)
APU 健康管理四要素
A.1 症状
不正常状况可能是因故障而异常运行表现出的症状，这种异常运行可能引发警告。需要对传感器或检查传送的数据做进一步分析，以确定异常运行是否由一个故障引起。
若把部件看作一个子系统，在这一等级，一般的维修措施是排除故障或更换 APU。由于不需要寻找故障根源，不需要具有诊断和预测功能。操作员只需一个 APU 降级指示，即可采取措施。将 APU 参数与固定极限值比较，即可发现 APU 健康的显著变化。EGT、APU 起动时间和滑油温度都可用此方式监测。
A.2 诊断
A.2.1 概述
诊断是分析症状并了解故障原因的过程。当检测到异常运行时， 确定异常现象的根本原因的过程就是诊断。诊断一般包括故障隔离和基于 FMEA 的 APU 系统状况。若诊断出存在故障， 需采取保护性停车等措施。
若诊断能够将故障原因隔离到 LRU 单元的一个模糊组中，那么替换 LRU 单元一般比继续排除故障和更换 APU 更快且成本低。诊断可能涉及离散的 BIT 数据和 APU 健康管理数据的综合，以发现故障的真实原因。LRU 单元是 APU 功能失效的头号原因。
A.2.2 保护性停车排故
APU 型号的控制系统已具有预测和诊断功能。产生保护性停车即表示 APU 控制系统已检测到异常运行，并为防止进一步的或第二级损害而实施停车。大多数情况下，APU 控制系统会以故障代码或停车信息的形式提供诊断信息，这些信息来源于嵌入 APU 控制系统内的诊断算法。来自飞机系统的补充信息，有助于诊断 APU 保护性停车的真实原因。
保护性停车前获得的 APU 数据可为 APU 症状诊断提供附加信息。一些瞬态参数有助于确定 APU保护性停车的真实原因。
A.3 预测
A.3.1 概述
预测能判断故障或状况在何处和如何发展、何时爆发。通过识别 APU 数据中偏离正常运转或接近已知故障的数据，预测未来的 APU 功能和状况的过程。预测包括判断故障后果和故障对 APU 功能和可用性的影响。
A.3.2 性能趋势和控制图表
A.3.2.1 一般要求
APU 的性能和测量参数显示出常态变化。通过将以往的参数值和当前值进行比较，许多间断或快
速发展的 APU 故障的症状能够被诊断出来。数据记录的次数可能影响诊断症状的速度。少量数据能诊断出缓慢的衰退趋势，无法提供足够的信息来诊断快速衰退。
控制图表(也称指纹图表)是识别 APU 健康症状工具，并能使这些症状与故障模式建立关联。少量的控制图表应用举例如下：
a) 建立 APU 健康参数的平均数和变量;
b) 鉴别参数变量的明显改变;
c) 鉴别参数平均值的变化;
d) 开发运行图表;
e) 鉴别点火系统降级;
f) 鉴别辅助动力装置起动系统降级。
将当前的 APU 性能与基准趋势进行比较，可确定 APU 性能何时偏离正常工作状态。基准趋势可由APU 制造商通过控制、设定的性能测试取得， 也可通过客户服务中APU 运行状态建立;基准趋势也可由地面和空中运行状态建立。
A.3.2.2 APU 核心机损坏趋势
监控 APU 核心机性能降级的关键参数是 EGT 和燃油流量。当APU 核心机损坏时，为维持转速恒定，涡轮和压气机的效率损失将导致燃油流量需求增大，燃油流量需求增加将导致 EGT 升高。EGT 和燃油流量与基准趋势的升高偏差值都可被监测到。
在 APU 最少运行时间(20-50)h，即可建立 EGT 和燃油流量的基准趋势。若在 APU 大修后，这个基准发生显著变化，就应建立第二个基准。基准趋势应反映作为 APU 控制参数函数(如修正转速)的 EGT和燃油流量期望水平。
对于新的 APU 程序，在已知的、受控制的、稳定的条件下， APU 性能基准可通过在一个试验单元中运行多倍 APU 数量的方法建立：
a) 每个 APU 试验应使用常用的安装结构，在轴载范围(气动和电负载)内进行。
b) 数据应根据环境条件和轴负载进行修正。轴负载修正可通过指导测试的各种负载条件进行试验的方法建立。
c) 若可能，在试验中得出轴负载修正与有、无负载的关系。
d) 若可能，应在扩展的研制试验期间收集数据，建立 EGT 和燃油流量随运行小时变化的基准。现有的 APU 程序，可从那些在飞机上运行到预期寿命的 APU 核心机收集数据来建立基准。通过
APU 的工作寿命可确定 EGT 的变动量。应按照轴负载差别、环境条件、速度差异修正数据。短途使用的 APU，将增加 APU 相对于工作小时的循环数。长途使用APU，将减少 APU 相对于工作小时的循环数。循环数与小时之比较高的 APU 处在比循环数与小时之比较低的 APU 更高的比率下时可能降级。
收集的 APU 核心机损坏趋势数据应按照环境情况修正。
A.3.2.3 滑油温度趋势
滑油温度趋势用来显示滑油冷却系统故障或发电机故障。滑油温度升高可能表示滑油冷却器(风冷)阻塞。堵塞可能是由于滑油冷却器进口有污垢或碎片。不必建立滑油温度基准趋势， 但应建立温度报警极限。如若 APU 控制器在滑油温度 130℃时发出故障信息，温度报警极限应设定在 120℃, 可按计划安排滑油冷却器的维修。
A.3.2.4 起动时间、RTL 时间和 MES 时间趋势曲线
制定 APU 起动所需时间(达到规定的转速，比如 95%)或 APU 到达“可加载”状态(能提供电或气动功率)所需时间的趋势曲线能标明 APU 降级情况。如若某个 APU 的起动时间正常情况下是 60s，突然增加到 90s，即可能该 APU 由于压气机或涡轮损坏、或引气活门打开而降级。
A.3.2.5 停车时间趋势曲线
停车时间指转轴从燃油切断到停止的时间，定制停车时间趋势曲线能显示 APU 轴承或齿轮降级、或机械故障导致的损坏或摩擦。如正常的 APU 可能用 30s 使转轴降到 0。若这个停车时间显著减少(称为急速停车)，表示 APU 可能存在轴承或齿轮故障，导致停车速度骤降，而不是平缓地始终如一的减速。
A.3.2.6 滑油压差趋势曲线
油滤两端的压差因其所处的位置和滑油系统的布局而不同，可用来确定轴承、齿轮或发电机故障。如有两个发电机的 APU 一般在每台发电机下游设有一个滤油器。一般两个油滤两端的压降应一致。但一个油滤两端的压差增大，而另一个油滤两端的压差没有，就有可能表示发电机出了故障。滑油系统中有污物(没有被滤油器或碎片收集器捕捉到)，使得没有故障的发电机下游的滤油器差压增大，这会影响分析的结果。
A.3.2.7 引气压比趋势曲线
定制从 APU 提供给飞机系统的引气压力的趋势曲线，可确定负载压气机降级或故障。出现降级时，负载压气机进气压力(引气压比)的压比将逐渐降低。FOD 会造成引气压比快速下降。应参照引气压力随速度和环境条件的变化制定标准化的引气压比。
A.3.2.8 IGV 监控和BCV 监控
为保护 APU 的 EGT 超温，APU 将关闭进口导向叶片或引气控制阀(即进口导向叶片关断或引气控制阀关断)。若由于 EGT 超温发生关断，原因可能是核心机或负载压气机降级。若不是由于 EGT 超温发生关断，原因可能是引气系统零部件或燃油供给压力故障。若 APU 健康管理系统显示 APU 的循环数和工作时间很高，EGT 趋势也高，进口导向叶片或引气控制阀经常关断，宜拆除该 APU。若 APU 健康管理系统显示该 APU 的循环数和工作小时较少，EGT 趋向正常(在或接近基准线)，很少发生或以前不存在关断，则宜进一步排除引气系统元件故障。
由于关断现象趋向于偏离平稳的趋势数据，关断期间收集的数据应从定制趋势曲线计算中删除。例如：若采用 95/5 修匀算法，就应从平稳的计算中删除逆转现象期间收集的数据，保证事件未偏离的真实状况。
A.3.2.9 负载压气机温度趋势
对提供引气的 APU，可定制负载压气机出口温度趋势曲线，以确定负载压气机降级或故障。发生降级时，LCDT 将逐渐增加。增加过快可能表示负载压气机故障。LCDT 应按环境条件修正。
A.3.2.10 滑油消耗监测
监测滑油消耗，以发现因 APU 降级或滑油系统泄露引起的消耗量增加。滑油油面传感器用来监测滑油油面高度。滑油油面指示器由人工规定需要指示和加油的滑油量,滑油消耗监测有难度。若 APU 有油面传感器连接到 APU 控制器(以夸脱为单位指示油位)，则易于进行滑油消耗监测。滑油消耗监测需与飞机维护相结合，以便根据加油量与已知滑油量进行比较。
ETOPS 要求进行滑油消耗量检测。
A.3.2.11 滑油碎屑监控
实时监控滑油碎屑可提前检测到润滑系统内的轴承损坏、齿轮故障或其他的元件故障。主发动机滑油监控用的技术可用于 APU 监测。滑油系统内部碎屑的监控包括检测有色金属和黑色金属、计算碎屑的数量、测定碎屑的尺寸。碎屑的数量和尺寸可用来建立时间线， 说明从最初检测到碎屑到元件发生故障的时间。这种趋势可用来安排计划在故障发生之前拆除 APU。
A.3.2.12 振动监测
振动监测可早期检测转子不平衡、轴承老化、燃烧室故障、泵故障和变速箱故障。用来监测主发动机的技术在适当地调整后，可被用于 APU 的振动监测。振动监测几乎可用于所有导致频率变化的故障类型。
适当地设置传感器检测特定频率范围内的某一元件，能最精确地提前发现故障。
用有限的传感器就能实现 APU 振动监测。如：在敏感的位置装两个传感器加上算法可监测不稳定性和轴承频率变动。振动监测发现的变动， 可能与润滑油碎屑收集有关，在采取进一步的措施前，进行监控和内孔窥视仪检查。振动监测传感器造成成本和重量增加。若信号滤波功能不与飞机或 APU 控制系统整合，还需要不相连的信号调节箱，这将增加成本和重量。
A.3.2.13 燃油喷嘴趋向曲线
对于有广泛数据采集能力的 APU，可定制从燃油总管充填到熄火(EGT 上升)时间的趋向曲线，用于确定燃油喷嘴是否阻塞。一般情况下，需要一定的时间充满燃油总管。燃油总管压力会到达一个峰值，然后 EGT 开始上升，指示熄火。若任何一个燃油喷嘴被阻塞，从峰值歧管压力到 EGT 上升的时间会增加。
A.3.2.14 其他趋向曲线
其他可研发并用来定制趋向曲线的算法和限制主要有：
a) APU 起动的时候，电起动器电流背离期望的E-1 曲线;
b) APU 起动时监测曲柄到 RTL 的速度和 EGT;
c) 起动器停机时间增加。
A.3.3 滤波器、修匀算法、统计分析和压缩
应采用滤波器以减少 APU 数据测量中的正常统计偏差。应选择对一个孤立点数据偏差敏感的滤波器。例如：IGV 逆转期间记录的数据可能超出数据常态分布范围。应保存 IGV 逆转期间的数据记录。
除按照环境条件和滤波器统计偏差修正 APU 数据以外，用修匀算法修正 APU 数据，以求进一步减少离散。通用的修匀算法是 95/5 加权，其中新的趋向点按 95%前数值、5%的新数值计算。
统计分析可并入 APU 健康管理程序，帮助缓和数据测量的正常波动，建立需要注意的与趋向不符合的偏差关系。如在滑油温度趋向曲线超过正常偏差标准前，不必采取措施。分别为各参数建立基线时，应确定符合该数据的最佳曲线。通过数据的最佳曲线未必是线性的。
用压缩算法先将数据压缩成数据的缩减集或单个点。若一台 APU 装机 10,000h，在飞机上的实际时间可超过几年。来自前6个月的数据， 不能说明当前性能。前6个月的数据可被压缩成单个的平均点。压缩算法保留早期数据和目前趋向数据一起用于老化分析。
初始趋向曲线数据中可使用零点修正因数，以保证新的 APU 趋向曲线永远从零开始。零点修正因数能除掉最低、平均和最高发动机之间的差别。是否使用零点修正因数应根据用户对解析数据的愿望要求。若不采用零点修正因数， 最大发动机可能被当作“不健康的”APU。若用了零点修正因数， IGV 逆转经历过最大发动机之后，才建立 EGT 趋向曲线。
A.4 修正处理
健康管理的决定性要素是修正处理。它是确定症状原因， 然后采取适当行动的过程。诊断和预测应对照实际的维修处理和修配现场测定进行验证。通过辨别特定部件的故障趋势和预测来提高正确鉴别要
安装或更换恰当部件的概率。采取修正行动的决定是根据可能由维修行动的关联作用和修配现场测定而引起的异常运行症状作出的。
附录 B (资料性附录) APU 故障测定
B.1 现场 APU 故障测定
通过开发 APU 健康管理程序，可确定经常发生的、影响运营的 APU 故障及其检测方法。经常发生的、影响运营的 APU 故障主要包括：
a) 由于点火故障造成的 APU 故障;
b) 由于燃油控制系统故障造成的 APU 无法起动;
c) 由于引气控制系统故障造成不能给环境控制系统提供压缩空气和气动力;
d) 由于 APU 核心机损坏造成 APU 不能给环境控制系统提供压缩空气和气动力;
e) 由于外物损伤或内物损伤造成 APU 不能保持额定转速。
B.2 依据 FMEA 发现 APU 故障
FMEA 工具可用于记录每种故障模式和各个故障模式的影响。用户根据分析来判定是否接受这些故障所带来的风险，或用 APU 健康管理程序减小风险。典型 APU 的 FMEA 见表 B.1。FMEA 用来确定那些将影响到正常运行和飞机可用性的风险率最大的 APU 零部件故障，主要包括以下几种情况：
a) 起动和运行;
b) 主发动机起动;
c) 空中一台 APU 故障后能提供最小的电功率。
表 B.1 典型 APU 功能故障模式和影响分析
附录 C (资料性附录) ETOPS 事项
ETOPS 事项主要包括：
a) 为保持 ETOPS 合格，用户应证明符合严谨的维护程序、问题报告和跟踪程序以及飞行可靠性报告程序。若 APU 用于为 ETOPS 飞机提供电功率，APU 设计应满足可靠性要求，且空中起动包线能尽量扩展到飞机的最大飞行高度。
b) APU 是电气系统的余度，保证发动机不工作时的安全，它是第一组系统。为使 APU 符合第一组系统的可靠性要求，APU 应能证明空中起动的可靠性。用户应定期进行 APU 空中起动，确保符合空中起动可靠性大纲。APU 健康管理系统监测空中起动试验的成功率，有助于简化空中起动可靠性报告。
c) ETOPS 维护程序包含 APU 滑油消耗监测程序。该程序可与主发动机滑油耗油量程序相结合。 APU 健康管理程序能自动将滑油量传输给滑油消耗监测程序，将简化滑油消耗计算工作，并确保计算精确。与主发动机相似， 耗油量计算的准确度取决于滑油量测量的准确度和维护人员添加的滑油。
d) APU 健康管理采集的数据可用于跟踪和报告 APU 起动可靠性和 LRU 的可靠性。
e) APU 健康管理能简化 ETOPS 报告要求。
