中国民行飞行学院毕业论文 航空发动机状态监控与故障诊断技术
1选题背景及意义
1.1 先进发动机的可靠性技术
高性能飞机用的航空发动机不但结构复杂，且工作在高温、大压力的苛刻条件下。军用战斗机、直升机、垂直起落飞机的发动机还需经常变换发动机的工作状况，承受大的、变化的载荷。从发动机发展现状看，无论设计、材料和工艺水平，抑或使用、维护和管理水平，都不可能完全保证其使用中的可靠性。事实上，发动机故障在飞机飞行故障中占有相当大的比例，且常常因发动机的故障导致飞行中的灾难性事故。
随着航空科学技术的发展并总结航空发动机设计、研制和使用中的经验教训，航空发动机的可靠性和结构完整性已愈来愈受到关注。自70年代初期即逐步明确航空发动机的发展应全面满足适用性、可靠性和经济性的要求，也就是在保证达到发动机性能要求的同时，必须满足发动机的可靠性和经济性（维修必和耐久性）的要求。
可靠性工作应贯穿在发动机设计-生产-使用-维护全过程的始终。对新研制的发动机，应在设计阶段就同时进行可靠性设计、试验和预估；对在役的发动机，应经常进行可靠性评估、监视和维护。军机和民用飞机的主管部门，设计、生产、使用和维护等各部门，应形成有机的、闭环式的可靠性管理体制，共同促进航空发动机可靠性的完善和提高。
1.2 现代发动机状态监视与故障诊断技术
航空发动机状态监视和故障诊断技术对监视、评定发动机的工作状态、变化趋势以及寿命消耗和残余寿命，保证发动机安全、可靠运行有着重要的作用，应该将其视为航空发动机可靠性工作的一个重要组成部分。从发动机设计伊始就应同时考虑这一手段，做到监视系统的发展与新机的发展同步；在购置新机时也应同时明确提出对监视系统的选择。
为保证发动机在高性能水平下安全工作并降低直接使用成本，发动机维修技
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术中的一个重大变革就是从定期维修转变为视情维修。众所周知，发动机的状态监视与故障诊断技术和发动机结构单元体设计技术正是实现这一重要变革的前提和基础。
正因如此，航空发动机状态监视和故障诊断技术已愈来愈受到世界各航空公司机制造厂的重视，而将其作为提高发动机运行可靠性、降低直接使用成本的重要手段。自70年代前期，国外一些先进的民用和军用航空公司即着手研究和装备发动机的状态监视和故障诊断系统。电子技术与计算机技术的迅速发展，大大促进了航空发动机的状态监视与故障诊断技术的发展。至今，监视与诊断技术作为一项综合技术，已发展成为一门独立的学科，其应用已日趋广泛和完善。
民航适航条例规定了发动机必须有15个以上的监视参数。实际上用于B747、B767、A310等飞机上的发动机，其监视参数已大大超过了15个，而且均已装备了完整的发动机状态监视与故障诊断系统。如美国普·惠（P＆W公司1970年发展了ECM1系统，1977年发展了TEM1系统，1981年发展了TEAMII系统，1982年发展了ECMII系统，到1983年又发展了TEAMIII系统，由有限监视到扩展监视，逐步完善。又如美国通用电气（GE）公司1985年开始发展ADEPT系统，到1994年已从6.1版本发展到10.1版本。
从收集到的美国海军和空军、英国空军、加拿大空军以及俄国苏-27飞机发动机等典型系统的资料，经整理和分析，可以看出，国外军用发动机，包括战斗机、运输机、直升机等，大都采用了发动机状态监视与故障诊断系统。如1969年开始研制的涡轴发动机T700-GE-700和T700-GE-701的状态监视系统CMS；1970年开始研制的TF41-A-2发动机的飞行中状态监视系统IECMS，在批生产时改为发动机监视系统EMS；1979年开始为F404-GE-400发动机设计的IECMS是一个实时发动机监视和寿命跟踪系统，已安装在所有批生产和试验飞机上；英国于1975年开始发展了发动机使用情况监视系统EUMS和低循环疲劳计数器LCFC；80年代又综合了两者的经验，发展了机群退用的单元体诊断系统，1982年开始发展F100-PW-200的EMS系统，1985年首套生产型交付，1987年飞机综合和后勤数据库兼容，系统继续扩大和改进；美国空军的ECMS设计成可管理所有类型的军用发动机，其扩展型ECMⅣ和ED＆T增加了发动机参数趋势分析，向世界各地100个空军基地提供发动机诊断和趋势分析功能软件；美空军认为各公司发展不同的系统，会导致监视设备增加和成本增加，于是统一发展了基地用的空军发动机诊断和趋势分析网；
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为了帮助查找故障，近年还发展了发动机故障诊断的专家系统，如XMAN和JET-X；俄国的苏-27飞机上也发展了发动机状态监视系统。
为了指导航空发动机状态监视与故障诊断系统的设计、使用和维修，美国自动车工程协会（SAE）E-32航空燃气涡轮监视委员会研究并颁布了一系列指南，包括航空燃气涡轮发动机监视系统指南、有限监视系统指南、滑油系统监视指南、振动监视系统指南、使用寿命监视及零件管理指南等，这对航空发动机状态监视与故障诊断工作的开展起了很好的指导和促进作用。
我国有关民用航空公司和院校分别对B747、B767/JT9D、A310/CF6；B737/CFM56等飞机和发动机开展了发动机状态监视与故障诊断的研究工作并已初见成效。对于新研制的高性能发动机，已将实施状态监视列为重要的技、战术指标，因此，正较全面地开展这方面的研究工作。但总的看来，国内该项工作开展得还很不够，急待有计划、有步骤地借鉴国外的成功经验，发展并推广我们自己的状态监视与故障诊断技术，以适应飞机和发展的需要。
2 状态监视与故障诊断系统
2.1状态监视与故障诊断系统组成
2.1.1 系统组成
图2-1所示是典型的发动机状态监视与故障诊断系统示意图。系统通常由机载设备和地面设备包括各自的硬件和软件系统组成。
机载设备一般包括测量压力、温度、转速、振动等各种参数的传感器、信号调节器、数据采集系统、数据传输和记录装置、数据处理系统以及告警、简单打印处理装置等。常用的系统有如飞机综合数据系统（AIDS）、发动机指示和机组告警系统（AVMS）等。
地面没备主要由传输设备、译码或数据处理设备，地面维修站、计算中心以及相应的状态监视和故障诊断的软件系统构成。
数据采集系统将传感器感受到的信号按规定顺序和时间采集并传送给机载记录装置，其中一部分参数可在飞机上进行简单处理。当出现故障时，可将故障显
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示给驾驶员或用灯光或音响告警。全部记录的信息将在地面站的中心计算机上进一步细致地处理。在地面站，通过专门的数据传输装置和接口，输入到中心汁算机，可以采用手工方式、计算机辅助方式或自动方式，并调用状态监视与故障诊断软件系统，对数据进行处理，最后输出发动机技术报告、趋势图、快速故障显示并进行数据压缩、存贮，提出维修建议等。
2.1.2 系统过程
早期的数据采集和处理是靠机组人员记录和计算器计算分析，后来发展为机载记录和地面中心计算机处理：最新的发展由机载计算机对数据做初步处理，在驾驶舱实时地给出故障告警，必要时打印发动机各种有关报告，同时还发展了空
图2-1 发动机状态监控与故障诊断系统
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地无线电通讯系统(Data link)，将飞行实测数据直接传输给地面维修站的计算中心，实时地进行全面深入的数据分析，分析结果直接反馈给机组人员，对必须做的维修工作，及时通知飞机目的港，做好一切准备。从而大大减少飞机在地面停留时间，减少航班延误率。未来的发展，将采用卫星通讯技术，使得飞机在世界任何地方都可以和维修基地交换信息。
2.2 系统功能和效益
2.2.1发动机状态监控与故障诊断系统功能
发动机监视可分为短期、中期和长期三种类型。短期监视是对一个起落或地面试车数据进行监视，发动机参数超限时应及时向驾驶员告警，并记录事件历程中的有关参数，通过维修面板提示给地勤人员。中期监视是对一段时间内发动机参数状态的变化进行监视，包括事件分析、调整状态、气路性能分析、趋势分析、附件监视，无损检验和试验等。长期监视能给出发动机性能衰退和寿命消耗情况，对监视系统的软件和硬件进行自标定和自检、数据反馈给制造和设计部门，一个完整的、先进的发动机状态监视与故障诊断系统主要应具备以下几方面的功能； ·监视发动机的使用，评定发动机工作完好状况； ·监视发动机状态的变化趋势，趋势分析和趋势预报； ·探测和隔离发动机故障并验证排故情况； ·评定发动机性能衰退程度；
·确定发动机限制寿命零件的寿命消耗和剩余寿命； ·改进发动机的调整和修正过程； ·提出维修建议和决策； ·支持发动机管理和后勤决策。
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