第34卷第3期航空发动机Vol.34No.3 2008年9月Aer oengine Sep.2008民用航空发动机性能故障诊断途径史秀宇(南方航空公司沈阳飞机维修基地,沈阳110169)摘要:发动机性能状态监控是保证飞行安全的重要手段。
航空专用数据链通信系统(ACARS)和快速数据存取记录器(QAR)已经越来越普遍地被各航空公司所采用。
介绍了多个综合利用AC ARS、QAR译码巡航报告等信息对V2500发动机进行性能故障诊断的案例,对如何利用多种手段和EHM软件对V2500发动机进行故障诊断作了总结。
关键词:V2500发动机;性能监控;故障诊断Fault D i a gnosis Approach of Perfor mance for C i v il Aeroeng i n eSH I Xiu-yu(Shenyang Maintenance&Overhaul Base,China Southern A irlines CO.LT D,Shenyang110169,China)Abstract:Engine Perfor m ance M onitoring is extre m ely i m portant for Flight Safety A ssurance.A ircraft A ddressing andReporting Syste m(ACARS)and Q uick A ccess Recorder(QAR)are adopted m ore and m ore w idely by the A irlines.So m e cases w ere presented w hich applied the infor m ation of decode cruise reports of ACARS and QAR and etc to perfor mperfor m ance fault diagnosis forV2500engine.The conclusions of ho w to use m ultiple tools and EH M soft w are to perfor mfault diagnosis for V2500engine are summ arized.Key words:V2500engine;perf or mance monit oring;fault diagnosis1 引言 现代民用航空飞机发动机的使用维护以视情维护为主,而发动机性能状态监控是视情维护的重要组成部分。
在当今的航空市场中,航空专用数据链通信系统(ACARS)和快速数据存取记录器(QAR)已经越来越普遍地被各航空公司所采用,在日常的飞机故障诊断特别是发动机性能监控工作中发挥着异常重要的作用。
而分析发动机性能变化趋势,不仅可以了解发动机的性能状况,而且还可以判断一些与发动机相关联的系统故障,比如指示系统故障、放气系统故障等。
本文以V2500发动机为对象,对民用航空发动机性能故障诊断的途径进行分析。
收稿日期:2007-12-06 作者简介:史秀宇(1974),女,工程师,从事民用航空发动机维护工作。
2 结合ACARS巡航报告进行发动机性能故障诊断 沈阳飞机维修基地对A320系列及MD90飞机所装的V2500系列发动机,采用P W公司开发的Engine Health Monit oring(简称EH M)软件来比较和分析巡航数据,进行性能监控。
系统需要的飞机参数有气压高度(ALT)、马赫数(MN)和总温(T AT)等,需要的发动机参数有发动机压力比(EPR)、排气温度(EGT)、燃油流量(W F)、低压转速(N1)和高压转速(N2)等。
利用EH M软件,将每天通过ACARS 和QAR获取的实际发动机性能数据,与相同条件下系统内的标准值进行比较,得到主要性能参数的差值,即发动机性能参数值DEGT、DW F、DN1和DN2;根据这些差值,绘成对应的各种短期及长期性能变化趋势报告图。
2.1 飞机指示系统故障诊断 2006年12月29日,EH M趋势报告显示B-6270飞机(机型为A321)双发巡航参数偏移,即DEGT、DW F、DN1、DN2突然上升。
T AT指示值比双发T2值低了4℃,更换了右T AT探头,后续数据恢复正常。
当双发全部性能值同时变化时,应首先考虑双发共用参数,即飞机指示参数(ALT,MN,T AT)是否有误差。
气压高度(ALT)和马赫数(MN)误差主要影响双发燃油流量差值(DW F),而T AT误差会影响双发所有性能参数。
控制逻辑规律为:T AT指示每升高5℃,则双发DEGT降低19℃,DN1和DN2均减小1%,DW F减小1.6%左右;相反,T AT指示每降低5℃,双发所有性能值会以同比幅度减小。
2.2 空调引气故障诊断 2007年2月26日和27日,EH M趋势报告显示B-6205飞机左发V11989各巡航参数升高,具体变化值为:DEGT升高10℃,DW F提高1%,DN2提高0.2%,起飞EGT裕度降低4℃。
经查阅ACARS起飞、巡航报告发现,左侧空调组件P ACK F LOW指示值为0,如图1所示。
图1 ACARS起飞、巡航报告 而在地面,经操作测试,左发向空调引气,实际上有工作气流。
由此判断是左P ACK流量传感器感压管路发生了故障。
经检查发现,左P ACK流量传感器感压管路接头漏气。
更换传感器并重新紧固管路后,数据恢复正常。
利用EH M软件,考虑了影响发动机性能参数变化的相关工作系统(如空调引气系统)的工作状态,将经过科学计算得到的数据与计算机模型标准值进行比较,得出主要性能参数的差值。
在本例中,发动机实际工作未出现任何异常,且相应空调系统引气正常,但根据P ACK流量传感器提供的左发未向空调系统引气的错误指示信号,利用EHM软件计算得到了错误的性能参数差值,从而认为出现了类似于发动机性能衰减的错误表象。
3 结合QAR译码巡航报告进行发动机性能故障诊断 2007年6月15日和16日,EH M趋势报告显示B-2103飞机(机型为MD90)右发V20006的DN2突升1%,其它参数相对稳定;如图2所示。
经分析,这是1起由发动机进口总温T2指示问题所引起的表现相对较复杂的故障,借助QAR译码巡航报告及对发动机控制原理的经验分析,解决了该故障。
图2 EH M趋势报告(V20006) 机组反映该飞机在执行航班起飞、离地后,双发EPR限制值相差较大,右发小0.05,同时左发油门也被减至与右发相同值,以致起飞爬升马力不足。
机组进行了人工调整。
QAR译码巡航报告显示,右发T2值与左发T2值及T AT指示值相差较大,高15℃。
更换了右发P2/T2探头后,数据恢复正常。
这2起故障表面看起来较为复杂,似乎相互独立:仅依据EH M趋势变化规律进行分析,DN2单一参数突变的原因通常可以断定为N2指示发生了故障;而机组反映的现象产生的原因通常可以判定为EPR指示发生了故障。
但是,EPR与N2的控制都与T2密切相关,都需要通过T2进行修正。
这里, EEC所感受到的T2主要有4个来源:从左大气数据计算机(ADC)来的T AT指示,从右大气数据计算机(ADC)来的T AT指示,左发T2探头,右发T2探头。
在正常工作时,EEC采用来自ADC的T AT指示对T2进行修正;当探测到T AT与发动机T2有较大差值时,为避免由T AT指示误差导致双发工作性能同时受到影响,自动改为采用发动机进口温度T205航空发动机第34卷作为修正参数,所以本例中的左、右发EPR在起飞时会出现差值。
4 对无法在巡航报告上直观反映出来的常发故障的诊断 上述是对在ACARS或QAR译码巡航报告上能够直观反映出来的V2500发动机常发故障诊断的描述。
下面2种阐述对无法在巡航报告上直观反映出来的V2500发动机典型常发故障的诊断;主要是利用发动机控制原理、进行经验分析。
4.1 发动机放气系统故障诊断 2006年6月21日,EHM趋势报告显示B-6018飞机左发V11654巡航参数突升,具体变化如图3所示。
图3 EHM趋势报告(V11654) 经检查和分析发现,这是1起7A级放气活门电磁阀故障。
V2500发动机高压压气机放气系统的设计是为了提高发动机起动性能,增加发动机工作的稳定性,防止发动机在非设计状态时出现喘振。
该系统包括3个7级和1个10级放气活门,由EEC通过电磁阀控制;在起动以及减速、反推等瞬态变化时,打开活门,将部分高压空气释放至外涵道,使高压压气机前、后之间的空气互相匹配,以达到防喘目的。
7A 放气电磁阀发生故障,使7A放气活门在巡航稳态工作时不能正常关闭,从而导致发动机功率损失,造成发动机性能参数突变。
4.2 发动机EPR指示系统故障诊断 2007年5月30日,EHM趋势报告显示B-2288飞机左发V11552DEGT、DW F、DN1、DN2突然上升,同时起飞裕度降低4℃。
根据趋势变化规律,分析后认为是EPR指示偏低,这表明P2感压管路堵塞了,或P49感压管路漏气了。
检查对飞机EPR指示系统,发现P49感压管断裂;更换后数据恢复正常。
EPR指示偏差仅会影响单台发动机性能参数。
对于V2500发动机来说,EEC通过设定并感受EPR 值实际变化来调节燃油供给,从而对发动机进行功率控制。
因EPR是发动机排气压力(P49)与发动机进气压力(P2)的比值(EPR=P49/P2)。
P2或P49感压管路出现故障会造成EPR指示误差。
在上例中,P49感压管漏气导致P49减小,使EPR产生“少指”误差。
控制逻辑规律为:EPR每平均“少指”0.02,则DEGT上升5℃,DW F提高3.5%,DN1提高1%, DN2提高0.4%;反之,EPR每“多指”0.02,各性能参数差值会以同比幅度降低。
根据趋势图偏移的方向,可以判断EPR是“多指”还是“少指”,从而进一步判断故障的具体发生部位及情况。
5 结束语 发动机及其相关系统的工作是非常复杂的。
每一性能参数的变化可能就隐含着其它系统或部件工作的异常现象。
很多故障引起的性能趋势变化很相似,例如常见的发动机放气系统故障就与EPR指示故障及低压压气机衰减有着非常类似的EH M趋势变化指征。
发动机性能工程师应擦亮眼睛,注意一切细节,认真分析发动机各系统的工作原理,把握其工作的相互关系;同时注意收集如发动机的水洗、EGT热电偶的更换等各种可能影响发动机性能参数的维护信息。
EH M 趋势图表分析提供了1个故障早期预警及诊断的工具,应当补充和完善相关的可用信息去,以使其为保障飞行安全、降低维护成本发挥出更强大的作用。