随着我国民航业的快速发展,民机数量不断增加,民航安全问题愈加严峻,“安全关口前移”和“持续安全”成为当前航空运输系统的发展目标,运营效益和安全成为民航领域重大急需研究问题。现代民机通常配置有飞机状态监控系统,通过机载数据总线收集各个子系统和部件的工作参数,在线监测记录系统的状态、性能、运行环境及载荷等,并根据需要传输到地面进行实时分析或存储到机载设备上（如QAR,Quick Access Recorder,即快速存取记录器）供航后离线分析。挖掘使用QAR数据并融合专家经验、传统可靠性数据、检测数据和系统/部件数学模型进行飞机复杂系统故障诊断、预测技术研究与应用,实现数据驱动的运营维护决策支持成为中国航空工业当前需要解决的问题。因此,从我国民航业工程应用需要,本文在基于飞行数据的民机系统的新维修模式、故障诊断、预测关键技术等方面开展相关研究。在充分研究分析飞行数据在航空领域应用发展和相关关键技术方法应用发展的基础上,结合国内飞行数据在国内民机维护的工程实践中故障诊断与预测等方面存在的问题与不足,以民机系统为对象,利用QAR数据分别在系统异常检测、剩余寿命预测建模、故障隔离和计划维修框架下基于连续监测的预测维修模式四个方面展开了深入研究,为国内民机的复杂系统故障诊断和预测提供可行的技术方法参考,同时也可为国产民机PHM系统的开发提供技术储备。论文研究工作如下:（1）飞行数据的工况分类方法研究民机系统受飞机多飞行剖面、关联系统不同运行状况、系统各种部件组合工作等多方面因素的影响,记录运行状态的飞行数据具有多变性、复杂性等特点,往往是不完整和多工况的,难以满足直接应用于飞机系统故障诊断与预测的使用要求。为从飞行数据中提取出后续系统异常检测、故障诊断、RUL预测和预测维修的高质量可靠数据,根据飞行数据特点研究了基于多重插补技术的飞行数据缺失值的填充和基于决策树C5.0分类算法的多工况飞行数据分类方法。（2）民机系统故障检测方法研究民机一个飞行循环有多个飞行阶段,在不同飞行阶段复杂系统常有不同工况,QAR数据中不同飞行循环同飞行阶段的系统性能监测数据时间序列由于不同的飞行包线和噪声,序列间会存在时间轴伸缩、不连续、振幅平移和伸缩,且QAR数据记录的系统性能监测数据大部分都是系统正常运行数据。针对这些问题提出了工况分类的DTW聚类、指数加权滑动平均（Exponentially Weighted Moving Average,EWMA）控制图方法、和多元线性回归模型的故障检测方法,实现了适用于QAR数据的民机系统早期故障检测。（3）基于排故手册、维修手册等知识和飞行数据相结合的民机系统故障隔离研究飞行数据真实地反映了飞机不同飞行状态下各复杂系统不同工况的工作情况和系统性能,为开展维修保障、评估飞行训练质量以及调查分析飞行事故提供了客观依据。飞机系统/部件的功能在飞行中发生异常或失效而在地面显示正常时,但机组人员又不能够提供足够的系统/部件发生异常或失效信息时,仅依据排故手册、维修手册和专家经验等知识难以进行故障分析和隔离。针对这种情况研究了基于排故手册、维修手册等知识和飞行数据相结合的民机系统故障隔离方法,设计了基于知识和飞行数据的民机系统故障诊断流程,提出了基于贝叶斯网络的融合民机排故手册、维修手册、专家经验等知识和飞行数据的故障隔离方法,通过引气系统案例验证了该方法的可行性。（4）健康状态与剩余使用寿命预测建模方法研究在前文飞行数据工况分类和异常检测的基础上研究了基于飞行数据的民机系统剩余使用寿命预测的退化数据选择和健康指标确定方法;针对民机系统RUL预测的不确定性表示和管理问题,研究了状态空间的建模方法和基于Bayesian框架的状态和参数的联合估计方法。然后以民机引气系统性能退化为例,使用EWMA控制图异常检测限选择了退化数据,利用健康指数的混合度量方法确定了引气系统调温性能退化的HI,接着建立了性能退化状态空间模型,并用Bayesian框架的状态和参数的联合估计方法根据三组不同退化时刻飞行数据对其RUL预测和可靠性评估,验证了本文方法的有效性。（5）基于连续监测的预防性维修策略研究使用飞行数据进行民机系统的性能退化预测和可靠性估计给现有的基于维修大纲（MRB）的民机计划维修优化带来了的机会,在融入PHM的MSG-3维修任务分析新逻辑和流程下候选出PHM任务,但缺乏对PHM任务工程分析流程和方法的深入研究,导致预测维修在实践应用中具有较大困难,因此与预测维修相适应的维修任务工程分析流程和方法亟需建立。针对该问题提出了基于连续监测的预防维修模式,分析了融入PHM的MSG-3维修任务分析新逻辑和流程,设计了预测维修的流程,研究了PHM的故障诊断与预测结果应用到民机维护中的方法,然后用引气系统进行了效果验证。新的维修模式能够有效减少非计划维修事件,提高飞机的利用率,具有较好的经济性。