发动机燃油流量研究.pdf

50 航空维修与工程 AVIATION MAINTENANCE 在巡航阶段的高空中 , 飞行高 度升高 1000ft, 燃油流量降低 20 lb/h。 4) 燃油流量和马赫数 从图 13 可以看出，马赫数对燃油 流量的影响不大。 5) 各参数的简单线性拟合结果并不 理想，但是图形趋势却比较清晰。在其 他参数都相似 / 相同的状态下，大气温度 升高会引起燃油流量增加，飞行高度升 高会引起燃油流量降低，马赫数变化对 燃油流量影响不明显。同时，大气温度 和飞行高度是自相关量，飞行高度升高 导致大气温度下降。 4 发动机燃油流量的数学模型推导 通过以上的单参数逐项研究，已经 确认燃油流量受多项因素影响，且规律 可循，因此利用 minitab 软件进行多参 数回归的综合分析。首先进行最佳子集 回归分析，找出较优选的参数组合，然 后进行回归分析。 1）最佳子集回归 FF 与参数 EGTM、 MACH、 TAT、 N1、 飞行高度、 N1 减推力值、 高压转子转速 N2 等参数的关系，响应 为 FF, 使用了 41377 个案例 ,13 个案例 包含缺失值。回归结果如表 2 所示。 2）根据 R-Sq 选择 4 个参数的回归 图 2 起飞状态燃油流量与转速 N1 分析 图 3 巡航状态燃油流量与转速 N1 分析 图 4 起飞状态燃油流量与转速 N2 分析 图 5 巡航状态燃油流量与转速 N2 分析 10000 9000 8000 7000 6000 85 90 95 100 回归 95% 置信区间 95% 置信区间 S 288.952 R-SQ 60.7% R-SQ( 调整 ) 60.7% 回归 95% 置信区间 95% 置信区间 S 176.563 R-Sq 1.1% R-Sq( 调整 ) 1.1% R-Sq数据太小，说明此拟合线不准确 75.0 77.5 80.0 82.5 85.0 87.5 90.0 92.5 3800 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 回归 95% 置信区间 95% 置信区间 S 382.004 R-Sq 31.3% R-Sq( 调整 ) 31.3% 10000 9000 8000 7000 6000 90 92 94 96 98 100 102 回归 95% 置信区间 95% 置信区间 S 156.517 R-Sq 22.3% R-Sq( 调整 ) 22.3% 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 燃油流量（lb / h）燃油流量（lb / h） N1 燃油流量（lb / h） N2 N2 燃油流量（lb / h） N1 拐点温度（ISA+15）时、 全推力起飞状态下发动 机 EGT 与其红线值的差 值。 EGTM 是 评 判 发 动 机 性 能 水 平 优 劣 的 标 准，EGTM 高 则 省 油。 图 6 图 8 中， FF 与 EGTM 关 系 散 点 分 布比较离散，这是因为 FF 是未处理的原始数 据，而 EGTM 是一个计 算参数，由 EGTM 定义 可知，EGTM 已经消除 了 N1 差异、减推力差 异、ALT/ 气压以及大气 温度（TAT）等因素的 影响。导致两者没有相 关性的另一个原因是， 现有分析数据的 EGTM 范围有限，主要集中在 70 120范围内。 事实上，与分析转 速和燃油流量 FF 结果 类似，受数据范围和数 学模型过于简化的影响， FF 和 EGT 线性拟合与 数据吻合度不好，R-Sq 比较小，但是仍然存在 图形趋势，即燃油流量 整体趋势与 EGT 同步升 高，随 EGTM 升高而降 低。 3.3 飞机环境参数对发动 机燃油流量的影响 飞机环境因素众多， 包括温度、湿度、压力、 高度、风向、风速等，以 下主要对发动机监控中使 用的温度、高度和马赫数 等参数对发动机燃油流量 的影响进行分析。 工 程 ENGINEERING 53 AVIATION MAINTENANCE & ENGINEERING 2013/3 航空维修与工程 图 10 燃油流量和大气温度分析 巡航 起飞 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 TAT( ) 6000 燃油流量 （lb / h） 图 11 起飞状态燃油流量和飞行高度分析 10000 9000 8000 7000 6000 0 2000 4000 6000 8000 10000 起飞状态燃油流量（lb / h） 飞行高度 （ft） 图 12 巡航状态燃油流量和飞行高度分析 回归 95% 置信区间 95% 置信区间 S 159.821 R-Sq 19.0% R-Sq( 调整 ) 19.0% 3000 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 20000 25000 30000 35000 40000 巡航状态燃油流量（lb / h） 飞行高度 （ft） 图 13 燃油流量和马赫数分析 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 MACH 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 燃油流量 （lb / h） 巡航 起飞 图 6 燃油流量和发动机排气温度裕度分析 EGTM( ) 20 40 60 80 100 120 140 10000 9000 8000 7000 6000 燃油流量（lb / h） 图 7 起飞状态下燃油流量和排气温度分析 回归 95% 置信区间 95% 置信区间 S 347.889 R-Sq 43.0% R-Sq( 调整 ) 43.0% 10000 9000 8000 7000 6000 5000 FUEL FLOW=916.9+8.782 EGT 600 650 700 750 800 850 900 EGT( ) 燃油流量（lb / h） 图 8 巡航状态下燃油流量和排气温度分析 3000 3400 3200 3000 2800 2600 2400 2200 2000 回归 95% 置信区间 95% 置信区间 S 168.364 R-Sq 10.1% R-Sq( 调整 ) 10.1% FUEL FLOW=1609+1.828 EGT 500 550 600 650 700 燃油流量（lb / h） EGT( ) 图 9 大气温度和飞行高度分析 20000 40 30 20 10 0 -10 -20 -30 -40 -50 巡航 起飞 0 10000 20000 30000 40000 飞行高度（ft） 大气温度（） 54 航空维修与工程 AVIATION MAINTENANCE & ENGINEERING 2013/3 自变量系数系数标准误TP 常量-14981.216.9-885.520.000 INDICATED FAN SPEED266.8620.1921386.340.000 TAT-27.05940.0433-625.070.000 ALTITUDE-0.2855200.000368-776.300.000 EGT HOT DAY MARGIN-4.416050.03113-141.850.000 来源自由度SSMSFP 回归486143014492153575362513834.580.000 残差误差413721733976714191 合计413768787699120 5 总结 通过上述发动机燃油流量的研究， 一方面为航空公司节省燃油提供了明确 的理论参考依据，另一方面用数据验证 了发动机控制逻辑，深化对发动机控制 的认识，对于理解和设计发动机监控参 数很有帮助。 参考文献 1 Boeing. 737NG Aircraft Mainte- nance Manual, Part II Z. 2013-2. 2 CFMI. GEK 108798，CFM56- 7B Line Maintenance Course Z. 2001-3. 3 张驰 . 精益六西格玛管理 M. 2010-5. 4 Jim Mack, Gary Eitel, Jeff Heslop, Nancy Owens. GE Aviation Customer BB Training M. 2010-5. 5 威廉 D. 贝里 , 等著 . 吴晓刚 主编 . 线性回归分析基础 M. 2011. 作者简介 张金柱，工程师，主要从事发动机 工程管理工作。 张榕，工程师，主要从事发动机工 程管理工作。 表 3 回归系数分析 表 4 回归方差分析 S = 64.7394 R-Sq = 98.0% R-Sq（调整） = 98.0% 方差R-Sq R-Sq （调整） Mallows Cp 方差 SEGTM 马赫数 MACH 大气温度 TAT N1飞行高度 N1 减推 力值 高压转子 转速 181.681.6469457.5197.55 X 160.760.71050194.8288.77 X 291.291.2204347.1137.01 XX 285.785.7355572.1174.14 X X 397.197.140171.178.927 XXX 396.396.36057788.252 XXX 4989813491.664.739X XX X 497.597.528188.172.897 XXXX 598.598.5482.956.544XXXXX 598.198.110852.263.162X XXX X 698.598.5220.456.366XXXXXX 698.598.528256.408XXXXX X 798.598.5856.221XXXXXXX 表 2 最佳子集回归结果 子集 ： EGTM/TAT/Indicated N1/ 飞行高度 3）回归分析回归方程为 ： FF =-14981+267 N1 -27.1 TAT- 0.286 飞行高度 -4.42 EGTM 4）从回归方程得到的结论 表3和表4对回归方程的分析R-Sq （调整）= 98.0%，说明燃油流量与各参 数的关系显著性强（或者相关