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
即有限监视系统ECMⅡ或ADEPT的测量参数(见表2-1),经过ECMⅡ或ADEPT系统的运行将其输出数据作为EMD系统的输入。EMD系统发展了ECMⅡ或ADEPT系统所不具备的下述新功能(图1虚线框所示):(1)发动机健康检查。(2)发动机气路故
表2-1 典型系统的发动机测量参数
监视参数 ECM2 ADEPT TEAM3 GEM ACMS
低，高压转子转速N1，N2 * 燃油流量FF，油门角度PLA 发动机压比EPR
进气总温TAT，排气总温EGT 进气总压，低压涡轮出口总压 风扇出口静压，高压涡轮出口总压 低压压气机出口总压，总温 高压压气机出口静压，总温 高压涡轮出口总温 风扇振动，高压压气机振动 高，低压涡轮振动，点火信息 滑油压力，滑油温度
反推装置，高，低压涡轮机匣冷却活门位置 可调放气活门位置 可调静子叶片角度
* *
*
* *
*
*
*
* * * *
* * *
* * *
* * * * *
* * * * * * *
* * *
*
* * *
* * * *
* * *
*
* *
表2-2 典型系统的输出报告比较（按内容）
报告内容 ADEPT ECM2 TEAM3 EMD
飞机/发动机安装，维修处理，飞行数据报告 测量参数，压缩的测量参数趋势图 快速对比报告
起飞OATL计算，OATL报警报告
起飞EGTM计算和报警，飞行数据有效性检查报告 特征参数趋势图
超限报告，传感器故障报告
参数预测，发动机状态监控和故障诊断综合报告
*
* *
* * *
* *
* * *
* * *
*
* *
障诊断,EMD系统可诊断28种气路故障,包括测量参数N1、N2、EGT、FF、EPR、TAT等指示系统故障,风扇、压气机、涡轮、喷管故障,以及引气、可调静子叶片系统故障等。(3)根据健康检查和故障诊断结果、振动和滑油参数的变化趋势,分3级(正常,监视使用,故障)综合评定发动机技术状态,对于监视使用和故障的发动机给出故障代码。(4)预测未来5个航班的气路和振动测量参数偏差值。(5)利用起飞数据监视起飞排气裕度EGTM(EAL用)。
第 16 页 共 33 页
16
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
图2-5 状态监视和故障诊断系统功能(东方航空公司)(EAL用)
系统特点为:(1)充分利用我国已使用的国外监视系统的信息资源。(2)在较少测量参数条件下,发展了故障诊断,发动机技术状态综合评价和参数预测技术,可将故障隔离到指示系统,发动机气路部件和子系统。(3)利用主因子模型进行故障诊断,可有效地利用3至4个气路测量参数对众多气路故障进行诊断,是故障诊断方法的新进展。(4)建成了由机载数据采集、译码、数据处理和传输的数据流程,为在微机上进行发动机状态监视和故障诊断计算提供了可靠、准确的飞行数据。(5)EMD采用模块结构、各功能块均可单独运行,使系统易于修改和扩充；EMD有友好的用户接口,操作方便。
2.5 发展前景
实践证明，航空发动机状态监视和故障诊断技术是有生命力的。当前和未来的发展可归结为以下几方面：
·功能不断提高，提高诊断精度，减少误诊率。为此，应该增加测量参数，故障隔离到单元体，改进测试仪器，发展数据处理方法以及各种诊断算法；发展
第 17 页 共 33 页
17
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
某些常见故障的特殊诊断方法。
·软件系统标准化，降低成本，方便使用。可分成标准通用模块和专用模块，互相嵌套。通用模块采用标准输入、输出格式和标准数据处理方法；专用模块则是因发动机而异的分析模块。
·监测和诊断系统与发动机全自动数字电子控制系统进行一体化综合设计，发展综合程度更高的测量仪器以供两个系统共同使用，并使发动机控制系统能对发动机故障作出及时响应。
·发展综合诊断技术，即将目前各种有效的诊断方法，如气路分析、振动监视、滑油监视等方法综合在一起，给出综合的判据，更加完善诊断功能，提高诊断精度。进一步，可结合设计人员、生产和维修人员的经验，发展发动机故障诊断和维修的专家系统。
·发展发动机使用寿命监视技术。准确预估发动机初始安全寿命和监测发动机的寿命消耗，建立发动机零件数据库管理系统。
·进一步提高诊断的实时性。总的应该采用更先进的硬件系统，如采用无线电通讯系统，通过空中和地面数据的实时传输来提高监视和诊断的实时性。又如，采用机械高速微处理机和高密度存贮器，以扩大机上数据处理能力，提高诊断的实时性。
3 滑油系统监视与分析
滑油系统监视与分析是预报与监控航空发动机健康状态的有效手段，是保证飞行安全的重要措施之一，是开展视情维修的重要保证。由于该技术的应用具有较大的安全和经济意义，已受到航空行业的高度重视。
3.1 概述
3.1.1 系统组成
滑油系统主要由供油子系统、回油子系统和通气子系统三个部分组成。滑油系统的功用是向轴承、齿轮的工作表面输送滑油，带走由于高速转动所产生的摩擦热以及周围高温零件传来的热量，以维持轴承、齿轮的正常温度
第 18 页 共 33 页
18
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
状态，并在轴承的滚道与滚子间、相啮合的齿面间形成连续的油膜起到润滑的作用；另外，还可利用滑油系统具有一定压力的滑油，作为某些液压装置（如挤压油膜轴承等）和操纵机构(如作动筒)的工质。在采用滑油一燃油散热器时，滑油的热量还能对燃油加温，能改善燃油系统的高空性能。根据其功能不难看出，滑油系统工作的可靠性严重地影响着整个发动机工作的可靠性。一方面，滑油系统影响面较大，出故障后，如处理不当，会引起大的事故；另一方面，滑油系统出故障的机率也较大。如RB211发动机1981年连续发生3起风扇部件甩出的严重事故，其原因是由于风扇前轴承供滑油不足所致；JT8D发动机4、5号轴承腔的通气管路曾发生过堵塞故障，结果引起油腔通气压力过高，造成滑油温度增高，油腔燃烧，而最终导致发动机失火。据统计，我国空军1985年发动机空中停车事故中，由于发动机滑油系统引起的占43％；美国空军的TF34发动机，1983年发生的90次事故中，滑油系统故障有26次，占28％；JT9D发动机70年代提前换发的原因中，有16％属滑油系统和轴承故障。 ．
正因为滑油系统对发动机可靠性的影响至关重要，故有必要采取某些专门的手段进行滑油系统的监视与故障诊断，并与气路分析技术、振动监视技术等配合，共同实现和完善发动机的状态监视与故障诊断，以保证发动机安全可靠工作。
滑油系统监视与故障诊断的作用在于：一方面应能监视滑油系统本身，保证其工作正常、可靠；另一方面需要通过对滑油系统的监视实现对发动机工作进行监视与故障诊断。
滑油系统本身常见的故障有：滑油消耗过大、漏油供油量不足、管路堵塞、通气系统堵塞、滑油泵不工作等。通常通过滑油温度、滑油压力、滑油量等监视参数来监视滑油系统的工作。
应用屑末分析、滑油光谱和滑油铁谱分析等手段，根据屑末的大小、含量、成分等可以监视和判断轴承、齿轮、封严装置等发动机重要零、组件的工作及潜在的故障。有时通过某些滑油系统监视参数也能监视上述零、组件的工作。经验表明滑油温度是很敏感的参数，滑油温度过高，往往预示着轴承(或齿轮)潜在的故障。又如滑油消耗量过大，有时可能是转子不平衡引起封严装置失效的征兆。
第 19 页 共 33 页
19
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
3.1.2 监控内容
滑油监视系统包括四个方面的内容：滑油系统工作监视；滑油屑末监视；滑油光谱分析与铁谱分析；滑油状态监视。 (一)滑油系统工作监视
利用滑油系统工作参数来监视滑油系统本身，以保证其正常工作，同时它也反映出发动机的健康状况。监视参数应包括：滑油压力、温度、消耗量和油滤旁路指示或滑油滤压差。 1．滑油压力
造成滑油压力增高的原因可能有滑油喷嘴堵塞、油滤堵塞或调压器工作不正常，滑油泄漏、油管破裂、油泵故障、油面太低、调压活门工作不正常则可能造成滑油压力降低。
滑油压力由装在润滑系统高压油路中的压力传感器进行连续监视，这些传感器与飞机座舱的仪表相连，进行座舱显示，另一方面可进行记录并在超限时告警，实现机载监视。 2．滑油温度
滑油温度同其他滑油系统监视参数一起，可指出发动机子系统的故障。探测油温的传感器有两种安装位置，若安装在回油端，则能检测轴承的严重损坏或热端封严泄漏；若安装在滑油散热器的下游，当散热器堵塞时会导致超温指示。机载系统需监视油温超限。
3．滑油量监视
监视滑油量和滑油加油量可以得到有关滑油消耗量过高及滑油泄漏的信息，或者得到由于燃油／滑油散热器损坏而在滑油中出现燃油污染的信息。为了在飞行前和飞行后检查滑油量，应在滑油箱装有观测标尺或简单的深度尺。最好安装油量传感器，从而可在驾驶舱或在维修指示板上读出。其计算式为:
平均滑油消耗量?统计段内滑油总补加量
统计段内发动机工作时数4．油滤旁路指示器
如果滑油滤堵塞会引起滑油供油不足，所以发动机的油滤应设有旁路活
第 20 页 共 33 页
20