用于航空發(fā)動機(jī)故障診斷的雙發(fā)性能參數(shù)差值分析法

史秀宇，陳鍵，杜軍

（中國南方航空股份有限公司機(jī)務(wù)工程部沈陽維修基地，沈陽 110169）

0 引言

對于雙發(fā)的民用飛機(jī)，目前普遍采用的發(fā)動機(jī)性能監(jiān)控軟件大體有3類，分別是RR公司的COMPASS、PW公司的EHM、還有GE公司的單機(jī)版SAGE及網(wǎng)絡(luò)版RD。利用性能監(jiān)控軟件進(jìn)行發(fā)動機(jī)監(jiān)控，對于某些故障的早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)警非常有效。

但是隨著諸如外界溫度、壓力、高度等飛行條件的改變，發(fā)動機(jī)的性能參數(shù)會出現(xiàn)大幅波動，該性能監(jiān)控軟件在設(shè)計(jì)時雖然考慮到這些影響并設(shè)置了相關(guān)的修正參數(shù)，但還是不可避免地在軟件圖表中表現(xiàn)出波動，對性能分析造成很多干擾。另外，傳統(tǒng)的性能監(jiān)控軟件還有其無法克服的局限性。以V2500發(fā)動機(jī)為例，這些軟件僅僅是對飛機(jī)航空專用數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)（ACARS）實(shí)時下傳的報(bào)文上主要的發(fā)動機(jī)性能參數(shù)（如排氣溫度EGT、轉(zhuǎn)速N1/N2和燃油流量WF等）進(jìn)行監(jiān)控，而對一些較為重要的發(fā)動機(jī)機(jī)械參數(shù)（如低壓壓氣機(jī)LPC2.5級放氣機(jī)構(gòu)位置反饋參數(shù)BAF和高壓壓氣機(jī)可變靜子葉片位置反饋參數(shù)SVA等）卻沒有監(jiān)控。

本文借助自行研發(fā)的發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)管理軟件，對ACARS報(bào)告上的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，研究總結(jié)出雙發(fā)性能參數(shù)差值分析法，對所需分析的性能參數(shù)進(jìn)行雙發(fā)差值計(jì)算，觀察其變化趨勢。不僅可以有效地排除外界飛行條件等的影響，還可以對ACARS報(bào)告上的任何所需參數(shù)進(jìn)行變化趨勢分析，從而更能高效、準(zhǔn)確地判斷出發(fā)動機(jī)故障。

1 利用雙發(fā)性能參數(shù)差值分析法進(jìn)行故障分析

民用飛機(jī)在巡航、起飛過程中通過航空專用數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)（ACARS）實(shí)時下傳各種報(bào)文，并記錄發(fā)動機(jī)的性能參數(shù)。采用自行研發(fā)的發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)管理軟件將這些報(bào)文進(jìn)行整合處理并作雙發(fā)參數(shù)的差值計(jì)算，然后導(dǎo)出數(shù)據(jù)形成EXCEL圖表，更為直觀地表現(xiàn)發(fā)動機(jī)性能參數(shù)的變化趨勢。利用該方法對V2500發(fā)動機(jī)的低壓壓氣機(jī)LPC2.5級放氣機(jī)構(gòu)位置反饋參數(shù)BAF和高壓壓氣機(jī)可變靜子葉片位置反饋SVA等較為重要的機(jī)械參數(shù)建立了雙發(fā)差值數(shù)據(jù)庫，監(jiān)控其變化趨勢，對發(fā)動機(jī)潛在的機(jī)械故障進(jìn)行預(yù)警。

1.1 發(fā)動機(jī)高壓級可變靜子葉片機(jī)構(gòu)故障

2012年，某A321型飛機(jī)（配裝V2533型發(fā)動機(jī)）在4月19日和5月6日分別出現(xiàn)相同的“VSVACT/HC/EEC2/IDEIU2FADEC”ECAM警告信息，如圖1所示。從圖1中可見，經(jīng)對雙發(fā)巡航參數(shù)進(jìn)行差值計(jì)算對比，發(fā)現(xiàn)4月19日該飛機(jī)右發(fā)高壓壓氣機(jī)HPC可變靜子葉片（VSV）位置反饋SVA值突降了8，表明確實(shí)發(fā)生了機(jī)械卡滯故障，于是更換了高壓壓氣機(jī)HPC可變靜子葉片VSV作動器；而5月6日的雙發(fā)巡航參數(shù)差值計(jì)算并未出現(xiàn)SVA差值波動，表明實(shí)際并未發(fā)生機(jī)械故障，檢查該發(fā)動機(jī)6點(diǎn)位的2個大電接頭時，在分解后發(fā)現(xiàn)上部導(dǎo)線束進(jìn)入插頭段有少許油漬，像滑油和特富龍混合后造成的，清潔電插頭后正常。此例表明，對于相同的警告信息，通過對雙發(fā)實(shí)際參數(shù)進(jìn)行差值對比分析，可以有效地進(jìn)行故障診斷和定位。

圖1 雙發(fā)巡航參數(shù)SVA差值分析

1.2 新裝發(fā)動機(jī)隱藏故障

某A319型飛機(jī)(配裝V2524型發(fā)動機(jī))右發(fā)自2012年8月22裝機(jī)以來，與左發(fā)進(jìn)行參數(shù)差值比較發(fā)現(xiàn)，低壓轉(zhuǎn)速差值DN1、高壓轉(zhuǎn)速差值DN2和燃油流量差值DWF完全相同，但排氣溫度差值DEGT卻偏低40℃，這種僅有1個參數(shù)差別較大的判斷應(yīng)該是指示故障。經(jīng)與原翻修廠家聯(lián)系確認(rèn)了該發(fā)動機(jī)出廠試車裕度滿足要求，判斷不是排氣溫度EGT指示問題，于是將故障原因鎖定為燃油流量WF指示系統(tǒng)誤差。更換了該發(fā)動機(jī)的燃油流量指示器后，雙發(fā)燃油流量差值DWF于次日突降，與其余參數(shù)匹配恢復(fù)至正常范圍，如圖2所示。類似這種自新裝機(jī)開始就帶有的隱藏故障，單憑傳統(tǒng)的OEM性能監(jiān)控軟件是無法監(jiān)測出來的，而利用雙發(fā)性能參數(shù)差值分析法更為有效。

圖2 COMPASS軟件中右發(fā)更換燃油流量傳感器前后參數(shù)變化

1.3 發(fā)動機(jī)2.5級放氣機(jī)構(gòu)機(jī)械故障

V2500發(fā)動機(jī)低壓壓氣機(jī)LPC2.5級放氣帶如圖3所示。從圖中可見，V2500發(fā)動機(jī)低壓壓氣機(jī)LPC2.5級放氣帶結(jié)構(gòu)，即2.5級活門（U型腔）結(jié)構(gòu)由鋁合金制作，上下開孔，鋼制襯套由U型腔內(nèi)向外緊配合安裝在U型腔開孔上。

圖3 V2500發(fā)動機(jī)低壓壓氣機(jī)LPC2.5級放氣帶

2.5級搖臂銷釘由內(nèi)向外穿，鎖片安裝在U型腔外側(cè)。銷釘穿過搖臂內(nèi)魚眼，通過與U型腔開孔的鋼襯套接觸帶動活門運(yùn)動。作動環(huán)與2.5級搖臂的連接部位是在作動環(huán)上的U型腔，連接銷釘將放氣環(huán)連接搖臂和作動環(huán)U型腔連接在一起。這些機(jī)械連動機(jī)構(gòu)工作到一定時間出現(xiàn)磨損可能引發(fā)諸如連接銷釘丟失等需要換發(fā)修理的嚴(yán)重問題。反映在ACARS巡航報(bào)告上的低壓壓氣機(jī)LPC2.5級放氣機(jī)構(gòu)位置反饋（BAF）值就是控制作動筒移動的2.5級主作動器線性位移（LVDT）位置反饋。通過監(jiān)控BAF值的變化情況可以了解相關(guān)機(jī)械裝置的工作狀況，但單發(fā)的BAF值會隨著飛行條件的變化而變化（如圖4所示），根本無法判斷數(shù)據(jù)的實(shí)際變化趨勢，所以利用雙發(fā)差值分析法能有效屏壁單發(fā)的BAF值的離散性。

圖4 單發(fā)巡航參數(shù)BAF值隨時間的變化

某A319型飛機(jī)（配裝V2524型發(fā)動機(jī)）左發(fā)的LPC2.5級放氣機(jī)構(gòu)位置反饋（BAF）值自2011年5月開始變大。利用雙發(fā)性能參數(shù)差值分析法分析自2010年4月8日至2011年11月12日的數(shù)據(jù)（如圖5所示），雙發(fā)BAF差值在2011年5月開始差值變大，表明此時發(fā)動機(jī)LPC放氣帶U型腔的連接銷釘安裝孔已經(jīng)出現(xiàn)過度磨損或損壞現(xiàn)象，所以其極限位置的BAF值偏大。2011年10月開始差值變小且向相反趨勢變化，直至18日出現(xiàn)了非常明顯地變化。這是由于LPC機(jī)構(gòu)損壞導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)動卡滯不能達(dá)到最大位置，所以左發(fā)BAF值變小并保持。經(jīng)孔探檢查發(fā)現(xiàn)，該發(fā)動機(jī)2.5級機(jī)構(gòu)放氣環(huán)的U型腔的連接銷釘安裝孔有2處斷裂，因此非計(jì)劃換發(fā)。

圖5 雙發(fā)巡航參數(shù)BAF差值分析

需要特別說明的是，該發(fā)動機(jī)從2.5級放氣機(jī)構(gòu)位置反饋BAF值出現(xiàn)波動開始直至因2.5級放氣機(jī)構(gòu)損傷拆下期間，飛機(jī)電子中央監(jiān)視器(ECAM)一直未發(fā)出相關(guān)故障警告信息。針對該型機(jī)械故障，利用雙發(fā)性能參數(shù)差值分析法進(jìn)行判斷非常有效。

2 結(jié)束語

利用雙發(fā)性能參數(shù)差值分析法進(jìn)行差值計(jì)算，觀察變化趨勢，不僅可以有效地排除外界飛行條件等的影響，還可以對ACARS報(bào)告上的任何所需發(fā)動機(jī)參數(shù)進(jìn)行變化趨勢分析，從而更能高效、準(zhǔn)確地判斷出發(fā)動機(jī)故障。但該方法也有不足，如在分析雙發(fā)中的某發(fā)動機(jī)性能參數(shù)變化趨勢時，另一發(fā)動機(jī)的影響性能參數(shù)的相關(guān)維護(hù)活動也會對差值的變化造成影響，所以分析時要充分考慮排除這些干擾因素。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)動機(jī)性能監(jiān)控的方法、手段也越來越全面和先進(jìn)，在進(jìn)行參數(shù)分析時可以充分利用這些資源，揚(yáng)長避短，會使數(shù)據(jù)分析的結(jié)果更加精確、高效。

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