یک واحد توان کمکی (APU) به عنوان یک موتور احتراق داخلی با ظرفیت کم (معمولاً دیزلی) تعریف می‌شود که به یک ژنراتور و واحد بازیابی حرارت متصل است و برق و گرما را برای بخش‌های مختلف یک وسیله نقلیه تأمین می‌کند. این واحد با کاهش مصرف سوخت و آلایندگی، جایگزینی برای روشن نگه داشتن موتور اصلی در حالت درجا محسوب می‌شود. APU معمولاً برای تأمین انرژی سیستم‌های گرمایش، تهویه و سرمایش (HVAC) و سایر تجهیزات جانبی داخل وسیله نقلیه به کار می‌رود.

در هواپیما، واحد توان کمکی (APU) بخشی جدایی‌ناپذیر از سیستم به شمار می‌آید که توان الکتریکی و پنوماتیکی لازم برای زیرسامانه‌های مختلف را فراهم می‌کند. خرابی APU ممکن است باعث تأخیر یا لغو پرواز شود و جریمه‌های سنگینی از سوی مراجع هوانوردی به دنبال داشته باشد. برای جلوگیری از چنین موقعیت‌های ناخواسته‌ای، لازم است سلامت این سیستم به‌صورت پیوسته پایش شود و هرگونه نقص در مراحل اولیه به سازمان تعمیر و نگهداری (MRO) گزارش گردد.

در حالت کلی، ابزارهای لازم برای این نوع پایش سلامت در زمان طراحی محصول در نظر گرفته می‌شوند. با این حال، ممکن است فقط قطعات حیاتی به‌طور منظم تحت نظارت باشند و وضعیت آن‌ها به اپراتور گزارش شود. در چنین مواردی می‌توان در مرحله سرویس، قابلیت‌های اضافی پایش سلامت را با استفاده از سنسورهای موجود و داده‌های تعمیر و نگهداری یا با نصب حسگرهای جدید مناسب اضافه کرد.

با توجه به ماهیت حیاتی سیستم‌های هواپیما، لازم است که ابزارهای اندازه‌گیری یا حسگرهای نصب‌شده هیچ‌گونه تداخلی در عملکرد سیستم ایجاد نکنند و خطرات ایمنی به وجود نیاورند. یکی از روش‌های مؤثر در این زمینه، نصب حسگرهای ارتعاشی و صوتی غیرتهاجمی (Vibroacoustic Sensors) است که بدون آسیب به یکپارچگی سیستم، امکان به‌دست‌آوردن بیشترین اطلاعات ممکن در زمینه تشخیص خطا را فراهم می‌کند.

برای آغاز چنین رویکردی، انجام یک بررسی جامع ادبیات و پژوهش‌های پیشین ضروری است، زیرا تاکنون چنین موضوعی به‌صورت یکپارچه گزارش نشده است. ازاین‌رو، این مقاله بر موارد زیر تمرکز دارد:

• ساختار و عملکرد واحدهای توان کمکی (APU)
• انواع خرابی‌ها و روش‌های نگهداری آن‌ها
• روش‌های تشخیص خطا
• الگوهای صوتی (آکوستیکی) مرتبط با عملکرد APU

واحد توان کمکی هواپیما (Auxiliary Power Unit – APU)

APU یک موتور توربینی کوچک است که معمولاً در بخش دم هواپیما (Tail Cone) نصب می‌شود و وظیفه دارد توان الکتریکی و پنوماتیکی لازم برای سیستم‌های مختلف هواپیما را تأمین کند، به‌ویژه زمانی که موتورهای اصلی خاموش هستند.

عملکرد و وظایف اصلی APU:

1. تأمین توان الکتریکی:
   APU دارای یک ژنراتور AC است که برق سه‌فاز با ولتاژ و فرکانس استاندارد تولید می‌کند.
   این برق برای روشن کردن سیستم‌های حیاتی مانند سیستم‌های ناوبری، کنترل پرواز، روشنایی و تهویه مطبوع (ECS) مورد استفاده قرار می‌گیرد.
2. تأمین هوای فشرده (Bleed Air):
   بخش کمپرسور APU هوای فشرده‌ای تولید می‌کند که از طریق سیستم پنوماتیک برای:
   • استارت موتورهای اصلی
   • راه‌اندازی سیستم تهویه و فشار کابین (Air Conditioning Pack)
     استفاده می‌شود.
3. پشتیبانی اضطراری:
   در صورت از دست رفتن منابع اصلی برق یا پنوماتیک در پرواز، APU می‌تواند به عنوان منبع اضطراری مستقل فعال شود و پشتیبانی لازم را فراهم کند.

اجزای اصلی APU:

• توربین گازی کوچک: شامل کمپرسور، محفظه احتراق و توربین
• ژنراتور الکتریکی (Generator): برای تولید برق
• گیربکس و تجهیزات جانبی: برای انتقال توان مکانیکی به ژنراتور و پمپ‌ها
• واحد کنترل الکترونیکی (EECU یا ECU): جهت کنترل خودکار عملکرد، راه‌اندازی، و پایش وضعیت APU
• سیستم سوخت و روغن: مشابه موتورهای توربینی، برای تأمین انرژی و روان‌کاری

اهمیت و نگهداری:

از آنجا که APU نقش حیاتی در آماده‌سازی پرواز و استارت موتورهای اصلی دارد، هرگونه خرابی یا نشتی در سیستم پنوماتیک یا ژنراتور می‌تواند باعث تأخیر در پرواز شود.
بنابراین، APU‌ها معمولاً تحت برنامه‌های پایش سلامت (Health Monitoring) و عیب‌یابی پیش‌بینانه (Predictive Maintenance) قرار می‌گیرند تا از عملکرد مطمئن و ایمن آن‌ها اطمینان حاصل شود.