ETM第4章发动机状态监控的实施.ppt

1,第四章 发动机状态监控 的实施,Engine Monitoring & Fault Diagnosis Nov. 2006,航空工程学院 中国民用航空飞行学院,2,发动机状态监控的实施,短期监控 航线报警、维护 中期监控 气路性能分析、趋势分析、无损检测等 长期监控 性能衰退和寿命消耗等,3,发动机状态监控的实施,4.1 数据采集 4.2 数据处理 4.3 飞行数据有效性检查 4.4 监控参数的换算 4.5 发动机的基线方程 4.6 监控数据的初始化 4.7 状态的趋势分析等,4,监控数据的采集方法,4.1飞行数据的采集 对发动机的技术状态进行有效监控和诊断的第一个重要而又关键的问题：准确、快速地采集监控所需的数据 4.1.1数据采集方法:自动和人工 自动采集 a.数字式机裁飞行数据采集器DFDAU 许多飞机上都装有数字式机裁自动记录系统DFDAU，它可以自动地搜索、判别、记录，获取起飞状态和稳定巡航状态的飞行数据，并将采集到的数据记录在软盘或磁带上，通过飞机通讯寻址和报告系统ACARS将数据进行转换传到地面，按适当的格式输送给状态监控系统,5,监控数据的采集方法,b.快速存取记录器QAR或机载数据软盘ADL 快速存取记录器QAR (Quick Access Recorder)或机载数据盘ADL (Airborne data Loader)分别是一个盒式磁带记录器或是一张软盘，它一般用于需要大量数据的飞机性能监控系统在飞行结束后在地面将数据转换成IBM数据带，利用飞行性能分析程序和发动机分析程序进行分析,6,监控数据的采集方法,航空记录系统的基本构件和运作,7,监控数据的采集方法,1999年10月31日坠毁的埃及航空公司 990航班飞行数据记录仪中的磁带,8,监控数据的采集方法,FDR,9,监控数据的采集方法,人工记录 采用人工记录时应达到下述要求： 巡航后稳定时间要大于三分钟； 达到上述稳定条件后，固定油门杆：断开自动油门系统3分钟： 在稳定和采集数据期间锁定油门杆； 达到稳定状态后不能再去调整发动机压比EPR；调整EPR将干扰已有的稳定状态； 在记录数据时，先记录一台发动机的所有数据再记录另一台发动机的数据； 在记录数据时，还应记下飞机的引气系统的工作状态,10,监控数据的采集方法,4.1.2采集记录飞行数据的条件 为了减少数据的质量问题，在巡航飞行达到平稳状态时再记录数据，所谓平稳状态应满足下列条件： 1、飞行状态参数的范围是： 飞行高度ALT：2500045000(feet) 马赫数材Ma：0.600.90 空气总温TAT：-4520 低压转速N1：80115 飞机侧滚角：4,11,监控数据的采集方法,2、有关的飞行参数在12秒内的变化应满足： 飞行高度ALT：100ft； 马赫数Ma：O.006 空气总温TAT：O.9 低压转速N1：0.5 飞机侧滚角：4,12,监控数据的采集方法,3、飞状态记录数据的条件： 起飞状态记录数据的条件是：全功率起飞后935秒，(飞行高度大约为300英尺)或飞行速度达到40节。 记下最大的EPR(或N1)，最高的EGT，进气总温和引气系统的工作状态。,13,监控数据的采集方法,4.2 数据处理 4.2.1 真值和误差 真值是测量对象的客观存在的数值例如，物体的长度，温度，气体的压力等 a) 理论真值：如平面三角形内角之和为180等。 b) 指定真值：通常是由国际会议约定的，例如海平面的标准大气压是101325Pa 等。 c) 相对真值：高一级标准仪器的误差与低一级标准器的误差相比，可以认为前者是后者的相对真值。,14,监控数据的采集方法,误差是测量值与真值之间的差值它被用来表征测量值的准确程度 系统误差、随机误差、过失误差 1、系统误差：在一定的条件下由某个或某些因素按照某一确定的规律起作用而形成的误差。 特征：值保持恒定不变，或按一定规律而变化。 原则上可以修正或消除，如可以通过初值的办法消除部分系统误差,15,监控数据的采集方法,产生系统误差的主要原因： (1) 原理误差(又称为方法误差)：由于测量某参数所依据的理论或测量原理或测量法不完善所引起的误差。 (2) 构造误差：由于测量系统的构造、材料、制造、装配等方面的不完善所引起的误差。 (3) 设备误差：由于测量所使用的仪表、设备等本身不完善、或使用、调整不当所引起的误差。 (4) 环境误差：由于外界环境条件(如环境、温度、湿度、大气压力)改变所引起的误差。 (5) 人员误差：由于人员生理的局限性及习掼性所造成的误差。,16,监控数据的采集方法,2、随机误差： 定义：由于测量过程中许多未能且也无法严格控制的因素随机作用而形成的具有相互抵偿性的误差。不可避免。 特点： 具有统计规律（在相同的条件下，对同一参数进行多次重复测量时，测得的绝对值相同的正、负误差出现的机会大致相等，所以其平均值随测量次数的增加而趋于零；大误差出现的机会比小误差出现的机会小等）。,17,监控数据的采集方法,3、过失误差(又称粗大误差) 定义：明显歪曲测量结果的误差。 特点：没有一定的规律可循 原因： 由于测量人员在操作、读数、记录、键入、计算等过程中粗心大意所造成的一次性巨大误差。这类误差经过合理判别后，应予舍弃。,18,监控数据的采集方法,4.2.2 粗大误差的判别与剔除 1、离群值： 在一组监控参数的测量数据中，有时会发现一个或几个测量值明显地离群，比其它测量值明显地偏大或偏小。 离群值可能是粗大误差或异常数据。,2、粗大误差和异常数据的判别方法：物理判别法和统计检验判别法。 物理判别法： 根据一般规律和经验，判别离群数据是否是由于误读、误记等原因造成的粗大误差。,20,统计检验判别法： 借助数理统计方法来判明离群值的性质，以决定其取舍，保证监控数据的可靠性。 在给定的置信概率下，确定一个置信区间，凡超过此区间的离群数据就认为是粗大误差。 根据正态分布，出现偏差大于两倍标准差(2)和三倍标准差(3)测量值的概率分别小于5%和0.3%，是一个小概率事件，如果离群值的偏差大于两倍和三倍的标准差则有理由将该离群值判为异常值。,21,监控数据的采集方法,4.2.3 参数平滑 数据的平滑：从测得的各监控参数数据序列中分离出趋势变化，求出基本的发展趋势。 数据变化：趋势变化、周期变化、不规则变化 一、 平滑的目的和要求 利用k 时刻之前的观测数据来获得k 时刻的状态估计,22,监控数据的采集方法,二、 平滑方法 移动平均法、指数平滑法和最小二乘法等。 1、移动平均法 移动平均法认为最近N 期数据对未来值的影响相同，都加权(1N)，而N 期以前的数据对未来值无影响，加权为零。 表明：用最近N 期观测值的平均值作为未来各期的预测结果。,23,监控数据的采集方法,(1)六点平滑法： 将当前测量点及其前的五个测量点中减去其中的最大值和最小值后，剩下的四个点再进行平均作为当前点的平滑值。 (2)十点平滑法 将当前测量点及其前的九个测量点进行平均作为当前点的平滑值。 六/十点平滑法缺点：不能分辨突变数据是粗大误差还是真实的状态变化，且具有滞后性。,24,监控数据的采集方法,(3)十一点平滑法 当前点的平滑值受前十点的影响，平滑值应是前10 点经异常点处理后的平均值与当前点测量值的加权平均值。 优点： 符合数理统计趋势分析原理，又经经验合理修正，很好地去掉随机误差和粗大误差，分辨出真实的变化趋势，详细而科学地作了突变数据的处理使所得到的趋势很快地跟上实际参数的变化。,25,监控数据的采集方法,2、指数平滑法 对各期观测值依时间顺序加权进行平均。认为历史数据对未来值的影响是随时间间隔的增长而递减。 加权系数a（0al）值愈大，加权系数序列衰减的速度愈快。其取值的大小起着控制参加平均的历史数据个数的作用。a 值愈大意味着采用的数据愈少。 根据实践经验，a 的取值范围一般以0.10.3 为宜。,26,监控数据的采集方法,4.3飞行状态数据的有效性检查 监控所需的参数由机组人员手工记录，再经人工健入状态监控系统进行处理时，必须对数据的有效性进行检查,27,监控数据的采集方法,一、飞行状态数据有效性检查的方法 包括：数据范围和数据之间关系的检查。 1、数据范围检查 正常情况下，飞行状态参数的范围是： 20000Hp47000(feet) 200Vi350(knots) -45T*20 0.60MaO.90 若在上述规定的范围之外，则认为数据有质量问题。,28,监控数据的采集方法,2、数据之间的关系检查 如果(T*-T)3，所以无效。,29,监控数据的采集方法,4.4 监控参数的换算 发动机性能通常都是按海平面标准大气状态确定的，因此在对发动机的性能进行检验或对比时，必须将表征发动机性能的参数换算到标准状态。 标准换算因子（和） 标准换算因子（和）用以换算测得的监控参数。,30,监控数据的采集方法,4.5 发动机的基线方程 基线方程：同一类型、工作正常的发动机的征兆量在标准状态下的换算参数与发动机压比EPR（或低压转速N1）及飞行参数之间的平均变化关系式。,31,监控数据的采集方法,4.6 监控数据的初始化 一、初始值 发动机故障诊断是根据发动机各测量参数的偏差值来进行的。 征兆量换算参数偏差的初值：在某一工况下，每一台发动机在正常状态下的征兆量换算参数与相应的基线的差值。,32,监控数据的采集方法,包括：由于同一类型的不同发动机在制造过程中所允许的公差；测量系统的公差；发动机安装等因素的影响产生误差。 故障诊断用的偏差值：各测量参数测量值的换算值与相应的基线值之差，再减去初始值。,33,监控数据的采集方法,4.7 状态的趋势分析 趋势分析的实质：利用趋势图（趋势图和指印图）进行发动机的状态诊断。 趋势图：监控参数偏差的平滑值随时间的变化关系图 指印图：监控参数偏数值变化与发动机故障对应关系图,34,监控数据的采集方法,发动机趋势分析步骤 查看趋势图有无变化； 所有参数都有相同变化吗？ 同一架飞机上的其它发动机的参数有相同变化趋势？ 若是，则指示系统有故障；若否，则利用指印图查找故障。,35,监控数据的采集方法,若各监控参数偏差量中只有一个参数的数值发生变化，则一定是指示系统的故障。 若FF 发生变化，除了可能是燃油流量指示系统的故障外，还可能是飞行状态参数Ma或ALT 的故障(或差错)，可以查看安装在同一架飞机上的其它发动机监控参数的变化是否也存在同样的变化趋势，如果FF 存在同样的变化趋势，则为马赫数Ma 指示系统的故障或飞行高度ALT 指示系统的故障，否则是燃油流量指示系统的故障,36,监控数据的采集方法,若所有的监控参数偏差量发生相同方向的变化，则可能是EPR 指示系统的故障或是TAT指示系统的故障。 需查看安装在同一架飞机上的其它发动机的监控参数是否也都存在同样的变化趋势。如果也都存在同样的变化趋势，则为TAT 指示系统的故障，否则是EPR 指示系统的故障。,37,监控数据的采集方法,若监控参数中有两个或三个参数的偏差量发生变化，则可能是发动机气路中某一单元体或子系统有故障，可用“指印图法”去查找故障。,38,监控数据的采集方法,若EGT 和FF 变化趋势相反，可能是测量参数的指示系统有故障； 若EGT 和FF 同时增大，表明发动机性能衰退（压气机或涡轮）； 若N2 增大，