航空发动机状态趋势监控方法

技术协作信息

（作者单位：航空工业哈尔滨通用飞机工业有限责任公司）Y12系列发动机的状态趋势监控◎马腾飞发动机状态趋势监控（ECTM）是用户监测发动机的一种维护手段，可以：1.跟踪发动机燃气发生器德使用的状态，早期探测发动机性能的衰减和退化（特别是潜在的故障）；2.在最佳经济点进行修理，能降低使用和维护费用，因为状态趋势监控能在早期发现故障的隐患，不等发动机损坏到严重的程度就采取措施，因而降低了使用和维修费用。3.协助判断故障问题来源，减少了分析故障的时间；4.对热段检查实行“软时间”，即视情热检；5.增加了运行（航班）的可靠性。一、状态趋势监控简介1.什么是发动机状态趋势监控。发动机状态趋势监控就是定期地对发动机进行性能检查，记录发动机仪表读数，例如扭矩TQ，螺旋桨转数NP，涡轮间温度ITT，压气机的涡轮转数Ng和燃油流量Wf等参数，并根据压力高度HP，环境温度OAT和指示空速进行校正，然后与发动机数学模型（发动机的基准线参数值）的参数比较，比较的结果产生一组ITT、NG、Wf偏差数值。当一台新的发动机或刚刚做过热检（热部件检查）或最近翻修过的发动机投入使用时，将这些偏差绘入曲线中，形成发动机的基准线，随着更多点的绘入，就建立起发动机的状态趋势曲线。在发动机使用过程中，只要发动机不出现性能衰减，这些趋势线将保持稳定，一旦发动机出现性能衰减，趋势线将渐渐出现偏移。对偏移数值进行准确的分析，使得用户采取相应校正维护工作，从而延长发动机的使用寿命，使用户获得实际利益。将实际获得值与发动机基准线参数值（相对标准值）相减，得一组差值，这些差值就是监控趋势线所需的差值。Ng=实际Ng值-相对标准Ng值△ITT=实际ITT值-相对标准ITT值△Wf=实际Wf值-相对标准Wf值2、如何做状态监控收集数据，计算数值，曲线的绘制，结果分析。二、发动机性能检查1.发动机性能检查概述。在不超过扭矩和涡轮间温度限制的前提允许在宽的环境温度下验证发动机的状态。发动机在一定的环境条件下，进行性能试车检查发动机的参数ITT，Wf，Ng，根据外界不同的大气条件，在发动机功率TQ（按曲线查得标准值）和螺旋桨NP＝1700Rpm（PT6A-65B发动机）、1900（PT6A-135A发动机）、2120（PT6A-27发动机）恒定的条件下，建立发动机的基准线（数学模型）或性能检查曲线。一般在如下情况下进行性能试车：发动机安装之后，热部件的检查前和后，有规律的定期检查。2.发动机性能检查的程序。发动机性能检查可在地面开车或巡航飞行进行检查。（1）飞机应迎风停放（如不迎风，则尾气进到发动机里，影起发动机参数的波动），不使用惯性分离器；（2）确定大气温度和压力高度，确定目标扭矩；（3）起动发动机，如在地面慢车则至少平稳5分钟，发电机和P3引气必须断开；（4）增加功率直到特定的螺旋桨转速和目标扭矩已达到，等待发动机和仪表的数值稳定。（5）记录发动机实际的ITT、Ng和Wf的值。（6）建立发动机的基准线（数学模型）或性能检查曲线。（7）如偏离图表的数值，应分析发动机参数，排除故障。简单分析：由于压气机问题引起的故障进气滤网损坏，压气机第一级叶片损坏，压气机脏，放气活门常开，惯性分离器在旁通位等。在恒定扭矩的情况下，ITT、Wf、Ng总是表现不正常的升高。（属于冷段问题）如压气机涡轮叶片间隙大、叶片腐蚀、叶片过烧，在恒定扭矩的情况下，ITT、Wf总是表现不正常的升高，Ng保持不变或下降。（属于热段问题）三、发动机状态监控程序1.收集数据。因为用于计算差值的发动机数学模型是建立在巡航状态的，因此为保证所收集数据的准确性，必须保证发动机处于巡航状态并稳定3-5分钟后开始记录参数，同时每次收集数据时，发动机的状态例如电气负载好引气等必须一致。发动机稳定后，为减少误差，按合理的顺序，即先记录一台发动机参数，然后记录环境参数，然后记录另一台发动机参数。2.计算差值。为了减少计算的复杂性，可以将固定的公式编成程序输入到计算机内，只要把收集的数据输入到计算机之内，就可以直接得到Ng、ITT、Wf的差值△Ng、△ITT、△Wf。3.曲线的绘制。依计算结果，将△Ng、△ITT、△Wf绘制到一张连续的图上，为避免混淆，建议每台发动机的曲线都是独立的。同时为了便于趋势线的分析，绘制时要记录下主要的维护工作，作为一般原则，应记录下列工作：（1）压气机的工作：更换燃油调节器；更换有故障的管路；放气活门的更换、清理或清洗；压气机的外物损伤；燃油喷嘴的更换、修理和流量检查等；压气机的清洗。（2）与状态趋势监控有关的仪表系统的工作：指示器、传感器、导线的更换、修理或校准等。（3）热段的检查：涡轮清洗；动力段热检或更换；动力涡轮导向环级别的更换。（4）涡轮间温度传感器系统的工作：T1配平补偿器的更换；T5导线或T5热电偶的更换。4.结果分析。曲线绘制完成后，最好在5天内分析，为了便于分析，首先给出下列定义：（1）基线：就是特定发动机，在已知条件下，巡航状态下每种参数的参考线，根据此线能检测到发动机性能的变化。其中已知条件为新发动机、或新翻修的发动机，或热检后的发动机在100飞行小时后的时间里。（2）静变量：就是某一特定位置，通过差值点的线与基准线的差值。（3）基线的修改：是指最初建立的基线已经不准确，这时要进行基线的修改。如果进行了下列一项或多项的更改，就应基线的修改：新的或重新校正的仪表；空气进气效率的更改；发动机的更换；发动机附件出现故障等。经验表明，△ITT是一个非常重要的变量，它将随多数性能的变化而变化，在趋势线是显示出较重要的趋势。△Ng同样重要，在图表上表明性能的变化趋势。△Wf在图表上不能表明发动机的性能变化，但没有这个参数，可能失去一些性能变化的征兆。一台性能良好的发动机的趋势线将是比较平坦的曲线，如果数据开始严重偏移，并慢慢地偏离基线，说明发动机的性能开始出现变化，必须采取工作以确定原因并进行校正，重新建立基线。结语：发动机状态监控（ECTM）是一个典型的数学计算程序，手动计算或编成计算机程序语言将所收集到的发动机巡航数据进行标准化。为发动机的燃气发生器状态提供一种可视的图表。通过对对图表的正确分析，对发动机工作原理的正确理解，对发动机所做的维护工作的详细记录，当然还有丰富的工作经验。通过对发动机早期的监测与判断，可以提高发动机的使用效率，增加运行或者航班的可靠性。发动机的状态趋势监控可以延长热段检查时间和提高发动机的使用寿命，并降低用户的使用费用，随着科技水平的进步及其在航空领域的发展，在科研人员不懈的努力下，在不久的将来，会有更多先进的状态监控技术应用于发动机的使用，发动机的状态监控无论是在军事领域还是在民用领域的发展前景也会更加广阔。希望广大用户使用状态趋势监控来更好地监测和合理地使用发动机，降低成本，提高工作效率。技术探讨与推广

基于航空发动机状态诊断技术的航空发动机健康管理综述

摘 要：航空发动机状态诊断技术对避免飞行事故和降低飞行器运行成本是非常重要的。本文总结了航空发动机状态诊断的一些的方法，同时在总结国内外有关文献的基础上，简要回顾了航空发动机健康管理的发展历程，根据诊断技术说明了实施发动机健康管理的价值，最后提出了我国实施发动机健康管理的一些建议。

关键词:航空发动机；状态诊断；健康管理；信息融合；预测。

一、引言

航空发动机状态诊断方法又称故障方程法，是基于航空发动机热力状态故障方程的故障诊断法，是气路分析方法之一，包含两方面的意义：（一）、所采用的故障诊断法是故障方程法，即要根据航空发动机的气动热力学模型及故障建立航空发动机的故障方程并求解；（二）、它的应用对象是航空发动机与热力性能有关部件。随着性能的不断提升和复杂程度的不断增加， 当前大型复杂系统面临的可靠性、可用性、经济性等各种问题。统计资料表明，发动机故障在所有飞机方式不但耗费资源、效率低下，而且航空发动机与热力性能有关部件维修费用居高不下。因此有效的、经济的发动机健康管理（EHM）是十分必要的。而维测与健康管理的概念ＰＨＭ是指利用传感器获取系统的数据信息，借助各种智能模型和算法来评估自身的健康状态，在系统故障发生之前进行预测，并结合可利用的资源信息提供一系列的维护保障措施建议以实现系统的视情维修。

二、原理

当系统处于某一状态S时，它将具有确定的特性Y,即存在映射g:S →Y.反之，一定的系统特性也对应着确定的状态，即存在着映射f:Y →S.如果f和g是双射函数，即特征空间存在一对一的映满的映射，则由特征空间可以唯一确定系统的状态。诊断的基本方法分为间接方法和直接方法。而不同点在于间接方法是根据发动机可测参数的变化确定航空发动机的部件性能，再根据航空发动机的部件性能最终达到故障定位。直接方法是由航空发动机性能参数的变化直接判断航空发动机的物理故障。

航空发动机状态趋势监控方法

航空发动机是飞机最重要的组成部分之一，因此对其状态进行监控和维护是航空安全的重要环节。为了实现航空发动机的状态趋势监控，可以采取以下方法：

1. 数据采集：通过传感器和监测设备采集航空发动机的关键参数，包括燃油消耗、温度、转速、压力等，同时还可以采集发动机振动、声音等非实时数据。

2. 数据预处理：对采集的数据进行预处理，包括去除异常值、补充缺失值、数据清洗等步骤，确保数据的准确性和完整性。

3. 特征提取：从原始数据中提取有用的特征，例如平均值、标准差、频谱分布等，以便后续的状态评估和分析。

4. 状态评估：根据历史数据和预期的状态模型，对航空发动机当前的状态进行评估。可以使用统计学方法、机器学习算法等技术进行状态预测和分类，来判断航空发动机是否处于正常运行状态。

5. 趋势分析：根据状态评估的结果，对航空发动机的状态趋势进行分析。可以通过对比当前状态和历史状态的差异，推测出可能的故障发生趋势，进而提前采取相应的维修和保养措施。

6. 报警与应对：当航空发动机状态异常或趋势不稳定时，及时发出报警信号，并采取相应的应对措施。可以通过界面显示、声音报警、通信联动等方式，及时通知飞行员和维护人员，确保航班安全。

7. 数据存储和分析：将采集的数据和分析结果进行存储，并进行后续的数据分析和挖掘。通过对大量数据的分析和比对，可以发现发动机状态的变化规律和异常模式，为航空发动机的维护和改进提供科学依据。

航空发动机状态趋势监控方法涉及数据采集、数据预处理、特征提取、状态评估、趋势分析、报警与应对以及数据存储和分析等多个环节。通过科学的数据分析和状态监控，可以及时发现航空发动机的异常状态并采取相应措施，提高航空安全水平。

航空发动机状态趋势监控方法

近年来，随着现代航空事业的迅速发展，航空发动机的状态趋势监控越来越成为一个迫切需要研究的领域。航空发动机的安全性和可靠性是航空运输的重要保障。通过发动机状态趋势监控，可以及时发现航空发动机所出现的异常，进而采取有效措施，从而减少安全事故的发生。

航空发动机状态趋势监控方法分为传统方法与数据驱动方法两类。传统方法主要是以经验结论为依据，对发动机的不同状态进行分析判断。数据驱动的方法是以数据为基础，通过对大量数据的分析和处理，预测出未来的状态趋势。

传统方法主要包括以下几种：

（1）可靠性工程方法：可靠性工程方法主要是以理论结论为依据，通过对发动机运行数据的分析建立出数学模型，预测出发动机的状态趋势。

（2）人工经验方法：人工经验方法是以机械师的经验为依据，通过观察发动机的运行情况和不同的参数值，对发动机的状态进行判断。

（3）故障诊断方法：通过对发动机的故障进行分析，判断发动机的状态并采取相应的措施。

（3）神经网络方法：神经网络方法主要是通过神经网络的学习和训练，建立出发动机的状态趋势模型，以预测未来的状态趋势。

无论是传统方法还是数据驱动的方法，它们的主要目的都是通过对发动机运行数据的分析和处理，建立出发动机的状态趋势模型，以预测未来的状态趋势。这对于提高航空发动机的安全性和可靠性具有非常重要的意义。

总之，航空发动机状态趋势监控方法是一个不断发展和完善的过程，在不断的实践中，我们将不断的进行总结和创新，借鉴其他领域的研究成果，使其更加高效、准确和安全。