發(fā)動機故障診斷與狀態(tài)監(jiān)控

1、發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷 寫在前面的話：感謝林元鋮，游建峰，柴文乾，張建軍，王作洪，何沛等人的整理 1.目前民航發(fā)動機制造商提供的性能監(jiān)控軟件有哪些？它主要監(jiān)控哪些內(nèi)容，并簡述監(jiān)控的根本流程。目前應(yīng)用的主要監(jiān)控軟件有：GE的SAGE、普惠的EHM、羅羅公司的COMPASS軟件。發(fā)動機氣路性能監(jiān)控主要包括：利用巡航穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進行趨勢監(jiān)控；利用起飛數(shù)據(jù)估算海平面起飛EGT裕度。這些軟件主要監(jiān)控的參數(shù)有：低壓轉(zhuǎn)子N1、高壓轉(zhuǎn)子N2、發(fā)動機排氣溫度EGT、燃油流量FF、振動VIB、滑油壓力OP、滑油溫度OT。發(fā)動機監(jiān)控的根本流程：數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)處理；飛行數(shù)據(jù)有效性檢查；監(jiān)控參數(shù)的換算；發(fā)動機的基線方程；

2、監(jiān)控數(shù)據(jù)的初始化；狀態(tài)的趨勢分析。2.發(fā)動機基線：是指針對剛出廠性能良好的某構(gòu)型發(fā)動機，在一定的飛行條件下如ALT、Mach一定，發(fā)動機氣路參數(shù)隨工況參數(shù)的平均變化關(guān)系。將巡航數(shù)據(jù)錄取后，將數(shù)據(jù)換算然后與發(fā)動機基線比擬，即可得到原始偏差量。3.普惠、GE發(fā)動機巡航趨勢主要監(jiān)控哪些參數(shù)？普惠發(fā)動機通常采用EPR來反映工況，巡航監(jiān)視四個參數(shù)：EGT、WF、N1和N2。GE發(fā)動機采用N1來反映工況，巡航監(jiān)視三個參數(shù)：EGT、WF和N2。4.發(fā)動機巡航趨勢監(jiān)控所需數(shù)據(jù)獲取方式有哪些？記錄哪些數(shù)據(jù)？民航發(fā)動機巡航數(shù)據(jù)采集有三種方式：機組手工記錄；數(shù)據(jù)自動記錄系統(tǒng)+軟盤；數(shù)據(jù)自動記錄系統(tǒng)+地空數(shù)據(jù)通訊如A

3、CARS飛機通訊及尋址報告系統(tǒng)或衛(wèi)星通訊。記錄參數(shù)有四類：飛機相關(guān)識別信息；飛行條件如ALT、Mach、TAT等；發(fā)動機參數(shù)如EPR、N1、N2、EGT、WF以及滑油壓力和振動等；引氣情況如空調(diào)引氣、發(fā)動機進口防冰及大翼防冰等。5.在發(fā)動機趨勢監(jiān)控中，為什么對原始偏差進行數(shù)據(jù)平滑？常用有哪些平滑方法，數(shù)據(jù)平滑公式及其分析。數(shù)據(jù)平滑是為了減少測量噪聲影響，更好地提取參數(shù)變化的趨勢。常用的平滑方法有：移動平均平滑法和指數(shù)平滑法。設(shè)測量是平穩(wěn)隨機數(shù)列， yk=xk+ek ，其中xk為k時刻的狀態(tài)，yk為k時刻的測量值，ek為k時刻的測量噪聲。N點移動平均平滑法為 xk=yk+yk-1+yk-(N-1

4、)N ，其中xk是xk的估計值，yk可視為原始偏差，xk可視為平滑后的偏差。N點指數(shù)平滑法為 xk=xk-1+yk-xk-1 ，為平滑指數(shù)取=0.10.3。6.發(fā)動機巡航趨勢圖分析根本流程：查看趨勢圖有無變化；查看所有參數(shù)是否有相同的變化；查看同一飛機其他發(fā)動機參數(shù)是否有相同變化趨勢；假設(shè)是，指示系統(tǒng)故障；假設(shè)否，利用指印圖查找故障。7.對發(fā)動機氣路性能影響較大的四類故障，每類故障類型和原因。飛機相關(guān)傳感器或指示系統(tǒng)：飛機上大氣數(shù)據(jù)傳感器主要包括皮托管探頭和總溫探頭，而ALT、Mach、指示空速IAS，靜溫STA等參數(shù)都由大氣數(shù)據(jù)計算機來解算。當(dāng)飛機相關(guān)傳感器故障時，會使該飛機上所有的發(fā)動機產(chǎn)

5、生相似的趨勢變化。發(fā)動機傳感器或指示系統(tǒng)：發(fā)動機傳感器故障有兩種，工況傳感器故障和被監(jiān)控參數(shù)的傳感器故障。發(fā)動機相關(guān)系統(tǒng)：對發(fā)動機氣路參數(shù)影響較大的系統(tǒng)有：引氣系統(tǒng)、防冰系統(tǒng)、放氣系統(tǒng)、靜子葉片調(diào)節(jié)VSV系統(tǒng)和渦輪間隙控制系統(tǒng)等。這些相關(guān)系統(tǒng)的故障通常會影響整個氣路，此時發(fā)動機各監(jiān)控參數(shù)的變化具有相關(guān)性。發(fā)動機本體故障：是指FAN、LPC、HPC、HPT、LPT和噴口面積的變化。發(fā)動機本體故障通常會影響整個氣路，此時發(fā)動機各監(jiān)控參數(shù)的變化具有相關(guān)性。其中HPT衰退比擬明顯，通常會使EGT和FF明顯上升，N2明顯下降。8.根據(jù)發(fā)動機巡航趨勢圖，如何區(qū)分飛機傳感器和發(fā)動機傳感器之間的故障，為什么？

6、自己解決9.為什么EGT能反映發(fā)動機的整體性能？EGT表征了發(fā)動機中最關(guān)鍵的參數(shù)渦輪前燃氣總溫的上下，對壓氣機、渦輪的效率下降極為敏感，對引起系統(tǒng)故障反響也很明顯，對飛行參數(shù)和發(fā)動機工作參數(shù)的改變都有反響。一般EGT隨推力的增大而升高，隨著發(fā)動機部件效率的下降和發(fā)動機性能的衰退而升高。10.發(fā)動機推力、EGT、N1與外界大氣溫度的關(guān)系？ThrustN1EGT Tcp OAT當(dāng)OAT<Tcp時，發(fā)動機可以產(chǎn)生一個恒定的推力，當(dāng)OAT>Tcp時，為防止起飛過程中EGT超溫，通常會減少推力，即發(fā)動機將無法產(chǎn)生額定的全推力。由N1曲線可見，在Tcp溫度以下時，隨OAT升高，為保持發(fā)動機推力

7、不變，需增加N1轉(zhuǎn)速；在Tcp溫度以上時，為防止發(fā)動機EGT過高，需要減小起飛N1的設(shè)定值。由EGT曲線可見，在Tcp溫度以下，隨著OAT升高，發(fā)動機為保持推力不變，需增加N1，EGT相應(yīng)會增加，在Tcp溫度以上，就要犧牲推力來限制EGT。11:EGTM和OATL的定義和關(guān)系？P32-33答：EGTM為海平面起飛裕度，發(fā)動機在海平面，平均率溫度下，飛機正常引氣，發(fā)動機產(chǎn)生額定的全推力時的排氣溫度與EGT紅線的距離起飛EGT裕度反映了發(fā)動機性能的好壞；OATL為發(fā)動機起飛機場的 外界空氣溫度限制值稱為場溫限制值；在海平面，當(dāng)場溫到達OATL時發(fā)動機產(chǎn)生全推力，其排氣溫度到達紅線值，發(fā)動機全推力時

8、的排氣溫度與紅線的差值為EGTM.12：某PW4000發(fā)動機，假設(shè)其EPR傳感器測量值偏小，在發(fā)動機巡航趨勢圖上的表現(xiàn)是什么？答：EPR 表征的是發(fā)動機的推力參數(shù)之一，EPR值偏小那么說明發(fā)動機的推力偏小，那么N1減小，發(fā)動機性能下降，EGT和FF同時增大，N2減小。13：對于同一臺CFM56發(fā)動機，在海平面機場，假設(shè)大氣溫度升高，發(fā)動機為保持推力不變，N1應(yīng)增加還是減少，為什么？P32答：由EGT曲線可知，在Tcp溫度下，隨著大氣溫度升高，發(fā)動機為保持推力不變，需增加N1，EGT相應(yīng)會增加14：發(fā)動機EGTM的定義和求解。P32，33答：EGTM為海平面起飛裕度，發(fā)動機在海平面，平均率溫度下

9、，飛機正常引氣，發(fā)動機產(chǎn)生額定的全推力時的排氣溫度與EGT紅線的距離；求解P33舉例。15：什么是發(fā)動機故障因子？什么是故障系數(shù)？故障系數(shù)中為何采用相對變化量？P13-15答：正常特性方程，如X=X(z)+x0，那么表征該特性的函數(shù)系變量x0即為故障因子；故障系數(shù)是故障方程中各故障因子每變化一個單位而其他故障因子不變時，相應(yīng)響應(yīng)的變化量；16：推導(dǎo)壓氣機進出口、渦輪進口的參數(shù)關(guān)系式。P7-8壓氣機渦輪17：推導(dǎo)燃燒室能量平衡的關(guān)系式。P8能量平衡方程18：推導(dǎo)渦輪和尾噴口的能量連續(xù)方程和功率平衡方程。P819：假設(shè)在巡航工作點得到的壓氣機效率下降是否可以斷定為是壓氣機故障，為什么？答：不能，飛

10、機在巡航時發(fā)動機的壓氣機效率下降，即N1下降，如果趨勢圖上的EGT,FF,和N2的趨勢同時減少，那么是發(fā)動機的指示系統(tǒng)發(fā)生故障，應(yīng)檢查飛機的另一個發(fā)動機是否也發(fā)現(xiàn)相同的問題。20：發(fā)動機滑油監(jiān)控的目的，常用方法及其特點。P42答：發(fā)動機滑油監(jiān)控的目的是為了預(yù)報和監(jiān)控發(fā)動機健康狀態(tài)，保證飛機的飛行平安，并且是對發(fā)動機展開視情維修的重要保證；常用方法：金屬屑探測技術(shù)、滑油光譜分析技術(shù)、鐵譜分析技術(shù)、滑油系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)控、滑油理化性能監(jiān)視。金屬屑探測技術(shù)：使用維護方便，分析處理及時，根本不需要附加費用；鐵譜分析技術(shù)：能收集大局部的鐵磁性微粒，通過粒度的分布，可以確定磨損狀態(tài)，可以不拆卸，不停止發(fā)動機

11、條件下，了解發(fā)動機磨損形式、程度和部位；光譜分析技術(shù)：自動化程度高，檢測可靠，能同時進行多元素分析，分析速度快，效率高，有利于早期故障預(yù)測，但不能獲得磨粒的形態(tài)和大小，探測大顆粒是靈敏度不高，設(shè)備昂貴，難以生產(chǎn)現(xiàn)場使用。21. 發(fā)動機故障方程的建立：課本第10頁，網(wǎng)上都是些論文我也不懂，自己總結(jié)一下22.發(fā)動機常見故障的趨勢表現(xiàn)儀表 漏氣 渦輪性能減退及其解釋 課本第22頁，故障原那么的詳細解釋。23發(fā)動機振動的原因和危害.振動原因：轉(zhuǎn)子不平衡，支承不對中，軸彎曲，裝配件或根底松動，轉(zhuǎn)子與定子摩擦，喘振，旋轉(zhuǎn)失速，油膜振動等。危害：損害發(fā)動機壽命，嚴(yán)重時造成發(fā)動機受損甚至破壞。振動源：轉(zhuǎn)子激振

12、源，氣路激振源，軸承激振源，齒輪激振源24.目的：對發(fā)動機的健康狀況進行監(jiān)控；原理見下題；意義：不知道啊。25.發(fā)動機五種無損探傷的原理 優(yōu)缺點：孔探：孔探檢測技術(shù)的根本原理是采用光學(xué)手段通過小孔將密封物體內(nèi)部的狀況傳遞出來，然后對光學(xué)圖形進行評估，檢測，診斷?？滋綑z測技術(shù)可以延長人類的視距，任意改變視線的方向，準(zhǔn)確觀察到物體內(nèi)外表的狀況。另外，在孔探檢測中，與目標(biāo)對象不發(fā)生接觸，不形成任何破壞和損傷，也無需拆開目標(biāo)和對象，因此，它是工業(yè)無損檢測技術(shù)的重要手段。渦流：飛機故障診斷101頁。熒光與著色：飛機故障診斷130頁。超聲波：飛機故障診斷114頁。26、發(fā)動機維護中提高EGTM的手段和措施

13、？答：水洗、發(fā)動機大修、部件改良和升級、起飛前暖機、減功率起飛、選用大推力發(fā)動機、合理的飛機布局與操作和合理的航線結(jié)構(gòu)。27、發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控的英語專業(yè)詞匯。答：EGTM、OATL、N1、N2、FF、VIB、OP、OT等。28寫出壓氣機和渦輪功率平衡的關(guān)系式。答：式中為空氣定壓比熱容，為燃氣定壓比熱容，為渦輪軸傳動的機械效率。29、對發(fā)動機氣路性能影響比擬大的故障有哪四類？每類故障列出至少3個。答：1、飛機相關(guān)傳感器或指示系統(tǒng)，如：皮托管探頭、總溫探頭、ALT、Mach、指示空速LAS和靜溫SAT等；2、發(fā)動機傳感器或指示系統(tǒng)，如：工況傳感器故障和被監(jiān)控參數(shù)的傳感器故障，N1、EGT、FF或N2

14、傳感器故障；3、發(fā)動機相關(guān)系統(tǒng)，如：引氣系統(tǒng)、防冰系統(tǒng)、放氣系統(tǒng)、VSV系統(tǒng)和渦輪間隙控制系統(tǒng)等；4、發(fā)動機本體故障，如：風(fēng)扇、壓氣機、燃燒室、渦輪和噴口面積的變化等。30、某CFM56發(fā)動機，假設(shè)其N1傳感器測量偏小，在發(fā)動機巡航趨勢圖上的表現(xiàn)是什么？為什么？答：假設(shè)其N1傳感器測量偏小，在發(fā)動機巡航趨勢圖上的表現(xiàn)是N1發(fā)生偏移，其余參數(shù)值無明顯變化；因為此變化是由N1傳感器故障引起的，所以在趨勢圖上會表現(xiàn)為N1值偏小，其余參數(shù)值無明顯變化。注：該題答案可能不正確，因為沒能在書中找到確切答案，故僅供參考31.詳見第2題和第3題。P2332.詳見第11題。P3333.航空發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控的主要技

15、術(shù)手段包括那幾個方面？P2目前航空發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控的主要技術(shù)手段有三類：1， 氣路性能監(jiān)控 主要通過監(jiān)視發(fā)動機參數(shù)來監(jiān)視氣路是否正常，以及發(fā)動機能否在規(guī)定的平安限制內(nèi)產(chǎn)生需要的推力或功率。2， 機械性能監(jiān)控 包括滑油和振動監(jiān)控。滑油監(jiān)控主要監(jiān)視滑油壓力、溫度、消耗量、回油管路上的磁性堵塞以及進行油詳分析；振動監(jiān)控主要通過機載振動監(jiān)控系統(tǒng)跟蹤轉(zhuǎn)速頻率，來監(jiān)視高、低壓轉(zhuǎn)子的振動量。3， 無損探傷 主要有孔探檢查、渦流檢查、熒光檢查、著色檢查、超聲波檢查，其中孔探檢查是發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控的一種重要手段，應(yīng)用最為廣泛。34 無損探傷包括哪些方面？針對航空發(fā)動機最重要是？P3無損探傷主要有孔探檢查、渦流檢查、

16、熒光檢查、著色檢查、超聲波檢查，其中孔探檢查是發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控的一種重要手段，應(yīng)用最為廣泛。35.航空發(fā)動機的故障診斷的概念內(nèi)涵、任務(wù)、對象、思想各是什么？P5 1，故障診斷定義：發(fā)動機故障診斷是指在不解體發(fā)動機結(jié)構(gòu)的條件下，采用適當(dāng)?shù)臒o損的手段，確定發(fā)動機性能狀況，查明故障部位、故障嚴(yán)重程度和預(yù)測潛在故障的發(fā)生。 2，故障診斷對象:發(fā)動機故障診斷的對象時完全組裝好的、正在工作或者準(zhǔn)備工作的發(fā)動機有時也包括壓氣機、渦輪等單獨部件。 3，故障診斷的任務(wù)：1故障檢測。 2故障隔離故障定位。 3故障辨識。 4，故障診斷的思想：設(shè)被測對象全部可能發(fā)生的狀態(tài)組成狀態(tài)空間，它的可測量特征的全部可能取值范圍形

17、成特征空間，當(dāng)系統(tǒng)處于某一狀態(tài)S時，他將具有確定的特征y，即存在這映射g: Sy 反之，一定的系統(tǒng)特征也應(yīng)于確定的狀態(tài)，即存在著映射f: yS36 航空發(fā)動機故障診斷的數(shù)學(xué)模型的建立流程是？第一步：建立發(fā)動機部件特性方程；第二步：由發(fā)動機的部件特性方程加上熱力學(xué)匹配方程，控制條件，邊界條件建立發(fā)動機正常態(tài)數(shù)學(xué)模型；第三步：在正常態(tài)數(shù)學(xué)模型的根底上引入表征發(fā)動機部件故障的故障因子，建立起發(fā)動機故障態(tài)數(shù)學(xué)模型；第四步：由發(fā)動機正常態(tài)模型的解和發(fā)動機故障態(tài)模型的解得出故障系數(shù)故障系數(shù)表37 部件特性是？ 所謂部件特性是指部件本身的尺寸在發(fā)動機工作過程中的性能參數(shù)反響，它僅僅取決于部件本身的尺寸。38 故障因子，故障系數(shù)內(nèi)涵定義？見15題39 P33計算題PW4056發(fā)動機的起飛EGT裕度，在海平面全功率起飛，起飛數(shù)據(jù)如下：EGTmax=567 oC,，此時TAT=28 oC，EPR=1.515，空調(diào)組件關(guān)；發(fā)動機