CFM56—3民航發動機控制系統故障診斷系統

邢凱銘

摘 要：該文介紹了CFM56-3民航發動機故障診斷系統的基本概念方法，闡述了發動機控制系統故障診斷分析系統的研究。通過將故障隔離手冊通過VB編程對其進行可視化，對CFM56-3發動機故障診斷進行指導和分析，并介紹發動機地面試車驗證和診斷故障的方法，指出了該領域有值得更加深入研究的參考價值和發展趨勢。

關鍵詞：CFM56-3發動機 控制系統 故障診斷

中圖分類號：V26 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（c）-0042-03

為了提高民航發動機系統的可靠性和安全性，迫切需要建立一個完善的診斷系統來監護其運行的完好程度與故障隔離，實時檢測出系統的變化和故障信息，進而采取必要措施，防止事故的發生，由此出現了故障的檢測、診斷和分離技術。控制系統故障診斷技術是一門應用型邊緣學科，其基礎理論是現代控制論、計算機工程、數理統計、信號處理、模式識別、人工智能和神經網絡以及相應的應用學科，對它的研究已成為控制領域的前沿課題[1]。

隨著我國航空客貨運發展的不斷提高，各個客貨運航空公司的飛機老齡化速度加快，許多航空公司還擁有不少737CL飛機，例如：南航河南分公司擁有3架，長龍航空擁有3架，順豐快遞航空擁有12架，揚子江航空公司擁有12架。眾所周知，737CL飛機是裝配了CFM56-3發動機，隨著飛機老齡化的加速，CFM56-3發動機系統出現故障的概率不斷加大，也就加劇了航空運輸的危險性，如順豐快遞航空和長龍航空公司在發動機性能管理和故障診斷上并沒有高水平的技術人員和完善的技術系統支持，這就要求在此基礎上研發較為切實可行的系統來支持小航空公司以及大航空公司的CFM56-3發動機的實時監護和故障診斷，一旦航空發動機發生故障會造成巨大損失，因此，提高系統的可靠性與安全性，提高故障診斷技術水平具有十分重要的意義。

1 故障隔離可視化手冊

故障隔離可視化手冊是基于故障隔離手冊查詢程序的基礎上開發的，通過VB數據庫編程，將手冊上的內容以一定的邏輯體現在數據庫中，可以使業務水平不高和英文水平有限的機務維修人員利用此項目進行查詢故障隔離手冊，提高了維修效率，為航空公司節約了維修成本。

1.1 故障隔離可視化手冊

故障隔離可視化手冊主要包括數據庫的建立和VB的開發兩個方面。

1.1.1 故障信息數據庫的建立

首先構建CFM56-3發動機故障現象與故障原因對照目錄與關系表，工作人員選擇要查找的現象所屬的發動機系統，如燃油系統、滑油系統，通過輸入故障現象信息關鍵字，按照TASK ID，在故障隔離手冊中找到相關的可能故障原因及故障隔離措施，將故障原因及隔離措施故障信息全部輸出以供技術人員進一步分析和操作，提高了故障隔離的效率，還要進一步對CFM56-3發動機故障樣本進行統計分析，找出發動機所出現過的故障，以部件故障為主體，建立關于其故障的故障信息、故障描述、發生地點和涉及系統等方面的數據庫。

1.1.2 VB數據庫的開發

根據所編譯的代碼和以上數據庫的表達建立相應的Form，制作不同的表達窗口，將數據庫導入ACCESS中，并將其連接到VB中，即可完成，具體過程較為繁瑣，此處不一一說明[2]。

1.2 故障隔離可視化手冊使用舉例

1.2.1 故障背景

2003年5月，公司一架737CL飛機執行航班，飛機昆明落地脫離跑道后二發出現ENG FAIL信息，而后二發自動停車，按照相關程序檢查排故未發現問題，根據GE建議及工程評估，更換了懷疑有問題的MEC、燃油泵、PMC、翼梁活門作動器4個部件后，飛機放行。

1.2.2 排故檢查

數據顯示，飛機自下降至落地期間，發動機參數變化正常，在使用反推收油門后，二發參數逐漸下降，供油量快速下降，最終由87跳至0單位，發動機自動停車，在轉速下降至0之后，機組啟動手柄放停車位，發動機自新至5月18日航線維護未報告任何故障，按照相關程序檢查排故未發現問題，發動機使用時間為：TSN/CSN 930/510，裝機至今未發生任何發動機故障。

1.2.3 檢查結果

GE建議按照AMM完成相應的檢查后，更換燃油泵和MEC后放行發動機。

CFM資料顯示，近期MEC故障引起3起發動機事件。具體如表1所示。

在近期的空停事件中的故障處理過程中，可以根據已建立的故障信息數據庫，通過查詢比較和可視化故障隔離手冊的應用，較為快速地進行故障隔離，減少求助于GE公司等待的冗長時間，為小航空公司的運營節約了較大的人力財力成本。

2 CFM56-3發動機地面試車排故方法

隨著科學技術的不斷進步，現代航空發動機的設計技術日臻成熟，數字技術的應用也使新型發動機排故工作越來越簡單，但目前機械液壓控制的發動機仍在大量服役，CFM56-3發動機利用地面試車方法式進行故障診斷分析的重要手段。

CFM56-3發動機是CFM國際公司研制的民用大涵道比渦輪風扇發動機，于1984年裝備到B737-300/400/500飛機上，20多年來以高可靠性、良好的經濟性和較低的擁有成本受到用戶的好評。在控制方式上該發動機采用機械液壓式（主發動機控制器，簡稱MEC）的控制為主、電子調節為輔（功率管理控制器，簡稱PMC）的控制方式。主發動機控制器是一個全機械液壓控制裝置，承擔發動機的主要控制任務，功率管理控制器主要用于精確控制發動機推力，即N1轉速的精確調節，同時它還可以防止起飛時發動機轉速N1轉速超調、減少發動機排氣溫度EGT超調量提高EGT裕度。

在發動機工作過程中，控制系統的附件故障或調節不當都會引起發動機參數變化，通過地面試車收集發動機相關參數，再分析參數變化規律，從而縮小故障范圍，有助于節省工時，避免浪費航材、提高工作效率、保證航班正點率。對發動機測試時，在條件許可下應同時對2臺發動機進行測試，分別記錄其參數：第一，對于部分不能確定故障發動機的故障現象（如油門桿錯位），可通過分析對比2臺發動機參數來判定故障發動機；第二，通過比較發動機之間對應參數情況（如N1/N2對應關系等），分析故障發動機參數變化情況，確定發動機故障系統；第三，比較飛行記錄的故障現象和地面試車故障現象，如存在差異則說明該故障有可能與發動機的空地狀態有有關 。

發動機地面試車排故主要包括3個不同轉速下的發動機性能測試：慢車轉速檢查和部分功率檢查，以及最大功率確認檢查。

（1）慢車轉速檢查

慢車轉速檢查主要用于檢查發動機在低轉速狀態時，特別是涉及發動機加速和起動問題。

（2）部分功率檢查。

在2臺發動機N2或者N1一致的條件下，對比2臺發動機N1/N2對應關系，可以確認可變幾何控制系統的工作情況，如果部分功率檢查不能滿足兩臺發動機N2或者N1一致時，則可通過最大功率確認檢查來完成在最大功率確認檢查時，2臺發動機N1轉速是一致的。

（3）最大功率確認檢查

最大功率確認檢查是發動機處于大轉速狀態下進行的，其主要作用有兩方面：首先，可以評估EGT裕度（如飛行員反映起飛EGT較高時），適用于判斷排氣溫度高的故障現象；其次，可使兩臺發動機獲得相同的N1轉速，從而比較2臺發動機同一N1轉速下的N2值，評估發動機可變幾何控制系統的工作情況。

在利用地面試車完成發動機排故時，有時可能并不需要完成以上所有測試，究竟應該選擇哪些測試應根據發動機的故障現象以及故障出現時的發動機轉速，可以通過故障隔離可視化手冊和飛機所給出的數據對比加以確定。

故障診斷實例如下。

（1）故障現象：1998年2月17號，一架B737-300飛機在天津執行航班時，在地面機務人員發現1號發動機MEC漏油超標，于是便進行排故。

（2）對故障的排故檢查：此故障在故障隔離可視化手冊中有所描述，啟動相關程序進行機的N1/N2之間的對應關系相差較大，則說明其中一臺發動機可變幾何控制系統故障，檢查排故。首先進入發動機案例中，在查找故障部件選項中輸入MEC后便可查到其所涉及到的章節，如圖1所示。

（3）對此故障的檢查和分析：將涉及的章節輸入到故障隔離手冊章節中進行查找內容，如圖2所示。

（4）故障處理：通過故障隔離可視化手冊進行分析后，便可隔離出故障為MEC到伺服燃油控制系統一接頭封嚴圈損壞，然后通過AMM手冊進行維修，更換MEC接頭封嚴圈后故障消失，測試正常。

3 結語與展望

3.1 結語

該文研究的主要內容是介紹了CFM56-3民航發動機系統故障診斷的主要手段：故障隔離可視化手冊和發動機地面試車排故方法。

故障隔離可視化手冊是按照故障隔離手冊開發的，在很大程度上已能達到改善故障隔離所造成的繁瑣的步驟，提高了查找故障的效率。雖然筆者初步已完成的編寫軟件較為簡單，有所局限性，但這種方法已經能夠提高故障診斷的效率，如果有專業人員進行合作開發將會使可視化手冊編的更加完善，對機務排除所有復雜故障將會有很大幫助。

利用發動機地面試車排故方法對故障進行隔離，能夠解決大多數故障樹不能解決的發動機系統故障，能夠減少航材的誤換，節約誤拆零部件的時間，可大大提高維護效率，節約維修成本，提高發動機的簽派可靠性，對航空公司提高航班正點率，降低運營成本，提高經濟效益具有較大意義。

通過發動機地面試車數據分析和故障隔離可視化手冊的結合使用，合理評估故障隔離方案，可以最大程度地提高故障排除的速度與精度。

3.2 展望

CFM56-3民航發動機故障診斷系統的研發，還有一些工程和技術上的問題需要進一步深入研究和探討，通過故障信息數據庫的建立，可視化手冊的推廣，民航技術人員的協作努力，民航發動機控制系統故障診斷系統將會給各航空公司帶來巨大的幫助。

參考文獻

[1] 孫春林，林兆福.航空發動機狀態監控和故障診斷系統[D].中國民航學院，1989.

[2] 龔沛曾，陸慰民，楊志強.Visual Basic程序設計簡明教程[M].北京高等教育出版社，2003.