（航空宇航推进理论与工程专业论文）民航发动机健康管理——在翼发动机寿命预测.pdf

中国民用航空学院硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sa n i d eo v e r v i e w sr e c c n td e v c l 叩m e n to fe n 西em a i l l t e n a n c ei nt h ec i v i la v i a t i o n i n d u s t r y d e s c r i b e sam e t l l o do fc n 舀n el i f c - 蛐- w i gf o r e c a s t sw i t ht l l ee m p h a s i so ft h e m a i n t a i l l i n g 0 n - c o n d i t i o n s ，a n di l l 仃o d u c e s 锄e n 百n el i f cm 粕a g e m e n tb a s e do ne n 百n ef l e e t m a a g e m e n t ， t 1 l i sw o r kf o c u s e so nf o r e c 勰t i n gt h er c m a i n i n ge n 百n el i f e o n - w i n g ，o n eo ft h es u b j e c t s o fe n g i i i eh e “t hm a n a g e m e n t u pt od a t c ，t h i sr e m a i n i n gt i 坨i sf o r e c a s t e db yc a l c u l a t i i l gt 圭i e e ( 汀d e c a yt r c n do ft h ec o d “i o nm o n i t o 血gd a t ai ac o m p r e s s e dr e p o ng i v e nb yt h ee h m s o f t w a r e i ti n v o l v e st h eu s e a b l ec y c l ec a l c u l a t i o nb e f o r eb g tr e a c h e si t sr e d l i n e ，a c c o r d i n g t oi t sd e c a vr a t ea 1 1 dm a r g i n t h ew o r ki nt h et h e s i sp r c s 锄t st t l ee g tv s c y d e 姐de g t v s w fc l l r v e so f b o t l lc f m 5 6 7 b 弛dp w 4 j 0 7 7 de n g j j l e s ，柚dp r o p o s e sai m e g r a t e d w e i 出i n g m e t h o df o re n 西n cl i f ef o r e c 弱t sb yc o m b i n i n gt h cc x p e r i e n c eo f a m e c o t h e e n 百n el i f c o n w i n g f o r e c 懿ti s咖eo f t l l e s u 巧e c t s o ft h e e n 西n c c o n d j t i o n m o n i t o r j n w h i c hr e q u j r e si n v e s t i g a t i n gl h ep r a d j c a lr e l a t i o n s h i pb e 觚e e nt h e e n 舀n ep a r a m e t e r sa n di l s h e a n hc o n d i t i o 船a c c o r d i n gt ot h ee n g i n et h e o r ya n dd a t a s t a t i s t i c a la n a l y s i s ，姐i n t e 乒a t e dm e t h o df o rp r e d i c t i l l ge n g i l l et i m e o n w i n gi sa b s t r a c t e d f m ma 罩o u po fs e l e c t e de n g i i i ec h a n c t e d s t i c - p e r f o 功1 柚c ec u r v e s t h i sm e t h o di sc o n c r e t e d i m oap m g r a mw h i c hi ss u c c e s s f u l l ya p p l i e df o rj 眄d - 7 r 4 g 2e n 舀n e n er e s u l t ss h o wt h a t t h i sm e t h o di sn o to n l yv a l i di nt h ee n g i i l e1 i f e p r e d i c t i o nb u ta i s oh e l p f u li ne n 百n e t r o u b l e s h 0 0 t i n g k e yw o r d s ：a e me n 舀n e ；h e a l t hm a n a g e m e n t ；l i f cf o r e c a s t ：e g tm a 哂n i i 薹荔冀i i；羹羹蓁i ；i 攀篓爨霆；i2 | l | l i ；冀；i ；i ；羹 薹羹囊l i ll 囊i j i 攀! !；冀i | | i | i 羹；l i l ；羹；il 雾l i冀雾l | ! | ! i i 蠢l l l 鬟l ii 蒺；i ；i ；l ；i ；l i ii 雾i ! i ! | i l i | | i l i i i i i 纛 |；i i ! i i i i i i ii l i l i 墓 霾雾雾i l! ；! ；! ；! ! ；! ! 霪l l 中国民用航空学院琐士学位沦文 1 1 课题的来源和意义 第一章绪论 廿一世纪前十五年，是中国迈向世界航空强国的重要时期，我国将从民航大国迈向 民航强国，为此，将大力开拓航空运输市场和提高技术管理水平。预计未来二十年中国 的民航运输量将以平均8 6 左右的速度增长，需要1 5 0 0 多架飞机，总价值将超过1 0 0 0 亿美元。因此在这种大形势下，我围的航空公司每年都要从国外购入相当数量的飞机。 其中航空发动机在航空公司的整个经营成本中，无论在最初的购买费用还足以后的日常 维护叶1 都占有极其重要的地位。依据美国普惠公司的观点，在航空公司的整体成本中， 与发动机有关的就占到3 2 ，接近1 ，3 ，通常发动机的一次非计划返厂会损失5 0 1 4 0 万美元，因发动机原因造成的一次飞机航班延误取消会损失2 5 万美元。由此可见， 说发动机维修管理的完善程度是检验一个航空公司运营是否良好的标志之一并不为过。 随着更先进制造技术的采用和设计概念的更新，新型发动机的固有可靠性水平已进 一步提高，我们的使用维修管理技术也需要进一步的发展，提高发动机的使用町靠性。 在一定意义上，发动机的可靠性水平高低成为了维修技术管理水平高低的体现。目前， 对于拥有较大机群的航空公司来说，要想保持较高的使用可靠性水平和较低的维修费用 投入，就必须使用全新的适合航空公司自身特点的发动机维修工程管理技术，于是发动 机的机群管理技术应运而生。这种管理技术摒弃了以往使用定时维修方式来保持发动机 的安全性、可靠性，而导致维修成本居高不下的技术，而是采川种根据航空公司自身 的机群的特征和维护使用经验，建立在信息管理基础之上，以降低维修成本、改善发动 机可靠性为中心的主动式维修管理模式。 航空发动机因其复杂的结构及高温、高转速的恶劣工作环境，时刻都有可能发生故 障。作为飞机的心脏，发动机的健康状况将直接影响飞机的安全飞行和按时出勤。在造 成各类飞行事故的诸因素中，发动机是关键。因此对民用航空发动机进行准确的在翼寿 命预测是保证飞行安全的根本途径之一。发动机在翼寿命预测是以先进的状态监控手 段、日j 靠的评估方法和科学的预测措施来判断发动机当前实际工作状况，预报安全可用 时间或循环。把在翼航空发动机的寿命预测技术引入航空公司的维修管理巾是十分必要 的，一方面它是实现先进的维修思想( 从“预防为丰”的维修思想转变为“全面考虑可 靠、安全、经济为目标”的维修理念) 和维修方式( 从单纯的定时方式转向定时维修、 视情维修和状态监控三种方式) 的必要手段与前提条件“1 ；另一方面，它又有利于确保 飞行安全以及减少维修人力物力的投入，减少各发，缩短飞机的停场时间，提高飞机利 用率，因而也是降低直接使用成本的重要技术手段。 要实现航空发动机的丰动式维修管理，做到对在翼发动机的寿命预测，应从提高航 空公司和维修部门的发动机使用管坪和维修技术水平的角度出发，建设一个适应现代民 航技术发展要求的发动机管理系统，科学分析发动机机队健康状忐，提高发动机可靠性， 航技术发展要求的发动机管理系统，科学分析发动机机队健康状态，提高发动机可靠性， 中国民用航空学院硕_ 上学位论文 降低发动机使用维修成本，保证飞行安全。这种系统应能做到将发动机机群管理思想与 现代信息技术相结合，并利用人工智能技术和数据管理技术，实现数据管理与分析的自 动化，发动机性能监控的图形化，机队多方资源利用的最优化和发动机工程管理的科学 化，以适应航空公司集团化带来的机队规模扩大，飞机发动机机载数据电子化发展和 全球航空公司竞争日益加剧的客观要求”1 。于是在该管理系统上发展一种发动机数据综 合分析系统，通过数据融合和分析，从而实现对在翼发动机寿命预测。 产品生命周期管理( p m d u c tu f e c y c l em 柚a g e m e n t ，p 【m ) 是近年来提出的一种产 品管理理念，它准确地描述产品的“从摇篮到坟墓”的全生命周期管理，这种管理理念 可以为企业争取到最大的经济利润。航空发动机维修是一个技术高度密集的产业，在发 动机的寿命周期中，发动机的使用、维修阶段是时间最长的阶段，也是最重要的阶段。 在实际生产中，从发动机选型、采购，到发动机装机使用，发动机工程管理部门面临的 最多的和最重要的工作就是维护和修理工作。所以，维修工作是发动机管理中的一个极 为重要的环节，对于航空公司和发动机维修部门来说，改善飞机发动机的维修技术、加 快维修数据的分析过程、提高工作效率、获取最大的经济效益是能在当今世界竞争激烈 的经济大潮中站稳脚跟的关键。因此，用全寿命管理的理念来进行发动机维修管理势在 必行。 “发动机全寿命管理系统”就是在以上的大背景下，适应民航信息化建设的要求应 运而生新的航空发动机管理模式。 发动机全寿命管理系统体系如图1 1 。1 所示： 匿莲鋈鋈錾霎誓誓蠢垂亟匿蠢鋈窭蚕匿委茎习豳 发动机全寿命管理 航线数据处理 车弼数据处理车台数据处理系统管理 航线信息管理 时寿管理 单元体性能评估 用户管理 机队性能趋势预示 维修信息管理 初始权值计算 数据库维护 自动报警 信息录入管理 特殊报告生成 报告生成 接口管理 试车报告生成 接口管理 接口管理 接口管理 ”川 j i 苏灞瓣嘲黧聒_ 臀，鐾。 一。 f = = = if = 二= if ：= = = j i 航线数据库li 车间数据库il 车台数据库l 、- - - - - - - - 一- - - - - - - - 一、。- - - 一 1 三二兰釜兰兰銎釜兰二塑熊量塑鳖堕鸶墅鳖! 幽塑避：三薹兰二i = 兰二釜薹二二l 壅童剩 图1 - 1 发动机全寿命管理系统体系 2 ，0iilll；l；lj?；ll j 一 应 用 层 一 一支 撑 层一 r 中国民用航空学院硕士学位论文 以发动机健康监控为总体目标，以机群管理为技术基础，开发发动机全寿命管理系 统，实现发动机航线数据、车间数据和车台数据管理和处理的自动化和智能化，提高发 动机状态评估的科学化和决策的量化支持程度。整个系统将包括航线数据处理分系统、 车间数据处理分系统、车台数据处理分系统、系统管理分系统和发动机数据库管理分系 统五个分系统组成。其中航线系统、车间系统、车台系统涵盖了发动机生命周期的各个 环节，这三个主要系统相辅相成，是一个有机整体。同时，还将开展发动机维修工程的 技术研究，主要是致力于总结发动机维修的知识和模型，并应用到系统中。这一管理系 统的成功建立，不仅为大量宝贵的发动机数据的保存提供了载体，更具意义的是为进行 发动机的监控、评估并做进一步深入研究提供了基础。 1 2 发动机寿命预测的国内外研究现状和发展趋势 对在翼发动机进行状态评估和寿命预测的研究，是航空公司急待解决的问题，过去 发动机监控诊断领域的研究工作主要集中在研究发动机的当前状态和出现故障时的诊 断方面，而对其状态预测的研究较少。对发动机状态预先诊断或预测是未来的研究发展 方向。发动机状态预测的主要做法之一是趋势分析，即根据对发动机连续检测所得的历 史参数来确定它的目前运行状态，预测未来运转趋势，预报和确定剩余寿命，实现发动 机状态的数据化和模型化研究，为提高民航飞机的安全性和航空公司的经济性提供了保 障。 1 2 1 数学描述 设 x ) 为反映发动机运行状态的时间序列，在t ，t 一1 ，t 一2 ，t n 时刻得到的 n 维状态向量分别为x 。，x f 1 ，x 。，显然，在预测未来某一时刻的值时，主要依 据就是过去某一段时间的值x 。，x 。， ， x 。若预测t + m 时刻的状态向量x 。， 该预测值的表示式为： x 。+ 。= ，( x 。，x 。，x 。一。) ( 1 1 ) 这样，寿命预测问题就转化为一个数学问题，即如何求解，使得预测值与实际值 的误差最小，即： i i ，( x ，x 卜_ ，x ) l i e ( 1 2 ) 式中，为定义在样本空间尺“上的范数。 最小误差的衡量标准有很多种，目前最简单而有效地准则就是均方误差准则。即 s2e 【( x 。+ 。一x 。+ 。) 2 】 ( 1 3 ) 因此，发动机寿命预测的主要工作就是选用合适的预测方法，使预测误差最小。 3 中国民用航空学院硕上学位论文 y =x 墨l 五2 嘞勤 矗1 2 恐。 ，a a 1 a 2 - a n ( 1 1 0 ) 相应的估计误差为： y y 2 ( e l ，e2 ，e j ，e 。) ( 1 1 1 ) 按均方误差准则，并假设而，x ：，之间不存在线性相关性，则可选择 a = ( x x ) 1 ) 0 y 使残差平方和最小。 回归分析需要较多的历史数据，它强调数据之间的关联影响，但忽略了一些不确定 因素的影响，对复杂设备的预测精度不高“1 。 1 2 2 4 模糊预测法 模糊预测是以模糊数学基本理论作为计算和处理手段的预测方法，它是建立在 l a z a d c h 教授的模糊集合论基础之上的。主要的模糊预测方法有隶属度函数法、聚类 分析法以及模糊推理预测法等。以隶属度函数法为例，假设预测问题的论域为u ，预测 结果模糊集为y ，y ，( u ) ，y 由隶属函数p y 刻划，y ：u 一 o ，1 。显然，预测结 果可由隶属函数直接给出。 模糊预测难点在于隶属函数的确定以及样本集数据和证据问关系的组合等问题“1 。 1 2 2 5 神经网络预测法 神经网络预测方法是利用网络的高度非线性映射特征来拟合数据，对网络进行训 练，然后寻找历史数据与未来数据之间的关系，建立数学模型，从而达到预测的目的。 数学过程是将从机械设备上所测取的历史数据作为样本数据分配给输入层的各节点，设 样本输入序列为： x k = ( x l ，z 2 ，x i ，- ，x 。) 1 ( 1 1 2 ) 将需要预测的下一阶段数据作为期望的输出样本分配给输出层各节点，设输出序列 为： y 。一( y ，y2 ，y 。，y 。) 1 ( 1 1 3 ) 网络得到的实际输出为t ，则网络第p 层节点第j 个单元的输出为： p ；，( m ，i 。；) ( 1 1 4 ) 式中，。表示第p 层的输出作为作用函数，何表示从第。层第i 节点到第p 层 第j 节点之间的连接权值。如果p 为输入层，则总体网络误差为： 5 中国民用航空学院硕士学位论文 第二章通过e g t m 预测在翼发动机寿命 2 1 e g t 、e g l m 在发动机性能监控的作用 2 1 1 e g t 和e g t m e g t ( e x h a u s tg a st e m p e r a t u r e ) 一发动机排气温度，是发动机重要参数之一。由 于受到热部件材料温度的限制，发动机必须控制燃烧室出口温度( c e t ) 或者说涡轮进 口温度，但要测得这个温度太困难，在实际中是通过监视涡轮的排气温度并加以限制来 间接获得燃烧室出口温度，这个温度就是e g t 。只要该温度不超过某一特定值( e g t 红线) ，就认为燃烧室出口温度在规定范围内。而e g t 与e g t 红线之间的差值就是 e g t m ( e x h a u s tg a st c m p e r a t l l r em a r 西n ，e g t 裕度) 。 当台发动机随着使用时间的增加由于叶型变化、叶尖间隙增大及叶片的磨损等， 使发动机效率降低，这时发动机要想获得以往同样的推力，就必须增加更多的燃油，这 样就使得e g t 不断的上升，e g 删随之下降。为了不使e g t 超过极限，总希望在下次 使用前能够知道发动机在起飞状态时e g t m 还有多大，通过e g t m 的大小能判断发动 机的性能及衰退情况。 2 1 2e g t m 的确定 e g t 是直接测量的，没有经过任何修正，这是非常重要的，因为任何一个修正后的 e g t ( e g t 0 他) 可能对应着许多燃烧室出口温度，如图2 1 “所示。 n 一呷d ，l 蹙幽鲫e i t 南霉粤铡 e p r i i5 2 215 红线 3 15 2 1 耵c e t i ， 1 剪0 3 0 1 4 7 j c 1 5 2 j 4 5 c 1 弱0 e g t 5 7 0 6 1 5 _ e 6 3 5 硒0 e g t f 盯2 研0 j 7 0 _ c 研0 图2 1 发动机e g t 修正示意图 测量的e g t 与红线温度之间的差值就是e g t m ，而这个e g t m 称为绝对e g l m 9 中国民用航空学院硕士学位论文 e g t w f 的线性关系贯穿于发动机使用周期的始终，此处给出了所拟合的线性 关系： e g t = 7 6 3 2 a w f 一1 6 5 3 ( 2 5 ) 此关系式适用于整个使用周期。考虑到数据的波动，在监控使用中对e g t 在一 段时间内的基于其拟合数据5 以内的偏差视为处于健康范围内。 由关系式可以看出，燃油流量每偏差一个百分点，e g t 偏差大约为7 6 。 2 2 2c f m 5 6 7 b 发动机正常衰退曲线 2 2 2 1 e g t - t e c 曲线 e g t - t e c 曲线也是表征b 7 3 7 - 8 0 0 发动机健康情况的曲线，图2 7 是c f m 5 6 7 b 发动机p 8 7 6 4 4 5 的e g t _ t e c 曲线，基本上可以代表整个机队的性能变化趋势。 e g t j 从 mi 。心跳 霄、 诫 i t c 图2 - 7c f m 5 6 - 7 b 发动机e g l 珂e c 曲线 由e g l m 随t e c 变化的总体趋势可以看出，t e c 1 0 0 0 时发动机e g t 增加速 度很快；而当2 0 0 0 t e c 4 0 0 0 以后，e g t 衰减率逐步趋于一个较小的稳定值，这一阶段可以采用统一的线 性关系式描述e g t _ t e c 关系。 为了便于在使用中更好地确定各阶段的e g t 衰退率，对于各个阶段进行了以1 0 0 0 循环为单位的划分。c f m 5 6 7 b 发动机使用寿命很长，预估使用循环数在8 0 0 0 以上， 但目前b 7 3 7 8 0 0 机队的发动机还没有使用到如此长的时间，因而也没有相应时段的监 控数据可供分析，故此处给出数据较为丰富的5 0 0 0 循环以内e g t _ t e c 关系以供参考： 1 4 ” 鲫 笱 加 ” m 5 中国民用航空学院硕士学位论文 e g t 7 5 8 4 + 0 0 1 6 7 7 t e c 1 7 。4 8 + o 0 0 2 2 4 2 t e c 2 1 9 5 0 0 0 1 0 1 9 t e c 2 2 9 9 一o 0 0 1 1 0 5 t e c 一3 7 8 9 + 0 0 0 5 7 7 2 t e c t e c 1 0 0 0 l o o o s t e c 2 0 0 0 2 0 0 0s t e c 3 0 0 0 ( 2 6 ) 3 0 0 0 王t e c 4 0 0 0 4 0 0 0s t e c 5 0 0 0 通过发动机的使用循环数和该方程可以方便地确定发动机使用过程中的e g t 衰退 率。由方程可以看出，2 0 0 0 t e c 4 0 0 0 的稳定使用期，但如果某台发动机衰退率持续大于o 0 0 5 7 7 2 ，应考虑其性能是否 已开始快速衰退“。 图2 8 给出使用上述公式绘制的曲线与实际发动机性能变化曲线的验证对比结果。 图2 8c f m 5 6 7 c 发动机e g t e c 曲线 例如已知某台发动机使用循环数为3 3 3 3 ，则其衰退率应为o 0 0 1 1 0 5 ，根据公式得 到的e g t 理论值为1 9 3 1 ，而其实际e g t 为1 7 7 6 ，误差为1 5 5 。同时也应该看到， 在循环数大于4 0 0 0 的情况下，e g t 的估计值与真实值的偏差有些时候超过了5 ， 个别情况甚至达到了近1 0 。在出现偏差较大情况的时候，应当综合考虑前后一段时 间的监控数据，以确定属于正常数据波动还是健康情况突变。 图2 8 中偏差最大处循环数为循环数为4 0 6 9 处，其e g t 真实值为2 7 8 ，而拟 合值为1 9 7 ，偏差达到了8 1 。产生这种情况的原因主要在于在这个阶段所获取的 发动机监控参数数据短时波动较大，比如发动机使用循环数从4 0 3 7 增加到4 0 6 9 ，而 中国民用航空学院硕士学位论文 e g t 则从2 2 3 增加到了2 7 8 。这可能与发动机在短时间内使用环境的变化有关，因 为很快在循环数达到4 0 9 5 时e g t 回落到了2 5 ，2 ，并且继续下降到1 9 3 ，在近2 0 0 个循环的时间内e g t 尽管有较大波动，以至某一时间e g t 的估计值与真实值的偏 差超过了波动限值，但综合一段时间的数据分析，该发动机的健康情况仍处于正常范围 以内。 2 2 2 2 e g t - w f 曲线 这里给出综合b 7 3 7 - 8 0 0 机队各发动机统计数据得到的发动机全寿命过程中的 e g t - w f 关系式： e g t = 4 3 0 5 w f + 2 0 0 8 ( 2 7 ) 由关系式可以看出，燃油流量每偏差一个百分点，e g t 偏差大约为4 _ 3 。由图2 6 和图2 8 可以看出，c f m 5 6 - 7 b 发动机e g t 随燃油流量的波动范围明显比p w 4 0 7 7 d 小， 而且前者燃油流量的变化对e g t 的影响也比后者的小，可能这跟c f m 5 6 。7 b 在整个使 用期内的各个阶段e g t 的衰退率都比p w 4 j 0 7 7 d 低有关。发动机使用中对e g t 的基 于其拟合数据5 以内的偏差视为处于健康范围内。以下是根据这一关系式拟合得到 的e g t 与真实e g t 的对比图，如图2 9 所示： 图2 - 9c r 喱5 6 7 b 发动机e g w f 曲线 2 3e g t 裕度的警戒值 目前对在翼发动机监视的手段主要是利用状态监控软件。各个发动机厂都有自己发 动机的监控软件，例如普惠公司的e h 】，记录飞机巡航状态下发动机主要参数以及振 动、燃油流量、转速、计算e g t 指数等形式报告。此外，还有孔探检查，滑油油样分 1 6 中国民用航空学院硕士学位论文 析，其他故障报告，加上服务通报的实施。通过以上数据源的分析得出：发动机监控状 态报告、e h m 监控换发、使用情况表、性能排队报告、拆发预报表、机群可靠性报表 等，为分析研究发动机的状态提供资料。 随着发动机的使用，e g r r m 相对新发动机或返修后的发动机逐渐减少。e g t 裕度 对评估发动机性能，对决定发动机是否需要拆下检修是重要的参数。e g l m 减小是发 动机性能退化的信号。起飞e g l m 为零，意味着发动机的起飞推力，在定环境温度 和压力下，工作在e g t 红线的限制值上；e g l m 为负的发动机需要拆下。 对于j t 9 d ，p w 4 0 0 0 ( 风扇直径9 4 英寸) 发动机，研究并找出巡航、起飞状态和 试车台e g t m 关系，确定了e g t m 警戒值作为监控依据。我们关心的是起飞e g t m ， 而e h m 记录的巡航状态数据与起飞状态应有其对应关系；同时，还要考虑试车台记录 的e g t m 关系，并且考虑到装机误差，确定巡航e g t 警戒值。”( 相当于试车台e g t m 为零) ，如表2 1 所示： 表2 - 1 e g t 警戒值 机型 p w 4 0 5 6p v v 4 0 5 2p w 4 0 5 6 3j t 9 d 7 r 4 g 2j t 9 d 7 r 4 en 9 d 7 j e h m 上的巡航e g t 警戒值 ( ) 2 22 25 66 l 4 04 5 2 4 发动机起飞e g t m 的估算 对于装在飞机上的发动机，要延长发动机的在翼时间和做出最佳的拆发决定。所谓 最佳拆发就是减少返厂率，降低维修成本，同时改进可靠性和安全性。发动机在翼时间 的限制，对于冷端部件而言是指稳定性；对于热端部件而言是耐久性。 发动机起飞e g l m 是衡量发动机性能和寿命预测的主要参数，视情维修要求对发 动机的性能进行监控，而最能反映发动机整体运行状况的参数就是起飞排气温度裕度， 而且它还是发动机换发的重要依据。发动机由于老化，或部件、系统故障，都会造成起 飞e g t m 下降。 民航发动机起飞e g t m 估算通常有以下几种方法。 2 4 1 换算法估算 该方法要求发动机做一次全功率起飞( 空调组件打开或关闭) ，然后由机组记录峰 值e g t 和此时的e p r ( 发动机压力比) 及斟r ( 空气总温) 。峰值e g t 通常发生在飞 机离地，起落架收起的时刻。 e g t m 计算如图2 2 所示，将当前1 a t 下记录的峰值e g t ( 图2 2 中点1 ) ，换算 为平功率温度下调整的e g t ( 图2 2 中的点2 ) ，那么e g ，r m 就等于e g t 红线值减去调 整的e ( 汀。 中国民用航空学院硕士学位论文 2 4 2 起飞e g t 检查表估算 在飞机离地起飞( 正常引气和防冰关闭) 后，记录峰值e g t ，并记下此时的e p r 和1 。然后，利用厂家提供的针对特定的飞机和发动机组合的e g t 检查表，得到该 e p r 和t a t 下的e g t 限制值，则该台发动机起飞e g t m 就等于查表得到的e g t 限制 值减去记录的e g t 峰值，如表2 2 所示： 表2 2 普惠b 7 3 7 j t 8 d 1 5 起飞e g t 裕度的检查表一部分 e p ra = r6 0k n o t s 盯( ) 1 8 61 9 42 0 22 1 0 5 06 2 3 4 4 6 0 6 6 2 4 3 8 5 9 0 6 0 76 2 6 3 25 7 3 5 9 0印_ 96 2 9 2 65 5 65 7 35 9 2 6 1 2 1 85 3 45 5 15 6 85 8 8 1 05 1 25 2 25 4 55 6 4 04 8 45 0 05 1 65 3 5 2 4 - 3 巡航e g t 偏差估算 发动机巡航e g t 相对于基线的变化与e g t m 的变化之间存在一定的关系，普惠公 司监控软件e h m 中认为巡航e g t 偏差增加为+ 1 时，起飞e g t m 就会大致下降1 ， 这样再结合发动机初始的起飞e g l m ，就可得到当前发动机的起飞e g t m 。发动机初 始的起飞e g t m 用第一种方法得到。这样，在用巡航参数进行性能监控的软件中便可 得到起飞e g l m 的变化趋势。但是，这种估算方法是近似的。如对1 5 台普惠j t 9 d 7 r 4 g 2 发动机进行研究发现，当巡航e g t 偏差为+ 1 时，起飞e g l m 下降约为o 8 。同时。 有些发动机起飞e g l m 的下降比巡航e g t 的上升要来得大。所以，当起飞e g l m 较 大时，可用此方法，而当起飞e g t m 较小并要决定是否换发时，应当采用第一种方法 估算。 2 4 4 车台e g 田讧估算 发动机车台e g t m 是指发动机在车台试车时得到的e g t 裕度。它是由相应e p r 下的排气温度e g t 限制值减去当前排气温度下的e g t 得到的，其中温度都为换算参数。 试车人员常用车台e g t m 近似估算发动机起飞e g t m 。 通过以上对几种起飞e g t 估算方法分析可见，第一种方法是首选方法，它得到的 发动机起飞e g t m 是最准确的，可作为换发重要参考依据；第二种方法是一种备用的 方法，精度相对低，而且它要求发动机作全推力起飞，这显然是不利的；第三种方法主 要用于发动机性能监控软件中；最后一种方法是供发动机在台架试车时使用”“。 1 8 中国民用航空学院硕士学位论文 同时，考虑到发动机目前的燃油流量的变化量，利用发动机的大修后时间循环， 装机的时间循环，对其e g t 衰退率的计算、再利用飞机日利用率、发动机保留故障的 综合评估，得出发动机安全拆换前剩余寿命预测。 2 6 发动机拆换时间的确定方法 利用判断发动机性能衰退的三个综合评估条件和发动机的衰退模式曲线可以较准 确地计算出发动机e g t m 为零的时间，将这个时间作为发动机的拆换时间。其方法具 ehm监控的起飞egtm值；且该发在ehm数据巡航egt的位置与所设定的该型发动 为该发是以正常衰退模式衰退，不存在数据和系统故障问题。可以算出该发性能衰退殆 尽的理论剩余时间( 单位：日历周) ，这样再跟据该发动机的保留故障对该时间进行修 正后就可以得到其应该拆下的预计时间点。 如果发动机的性能衰退模式在以上的三个判断条件中，仅符合一个或完全不符合以 上任一个条件，应对这样的发动机装机和车间修理情况进行全面分析，尽量去除一些不 合理因素，确定出可信的一个条件，进行发动机拆换的计算。 如果发动机估计出的剩余e g t m ( e g l m 。“。) 尚多于千循环的e g t 衰退量， 整个装机各个阶段使用时间(最大时间间隔为1000飞行循环)和图216的衰退率进行 分阶段处理，以获得在其衰退减缓期准确的衰退率，计算出更合理的发动机拆换时间。 现举例验证利用e g l m 来预测在翼发动机的剩余寿命： 例1 剩余e g t 裕度( e g t m 。) 少于千循环的e g t 衰退量的发动机 p w 4 0 0 0 一9 4 英寸发动机p 7 1 7 5 6 9 ，装于b 2 4 4 3 3 发，现指定该发动机压缩报告的一 点e g t 作为拆换时间预测点，用于验证该发动机的实际换发时间与预测时间的一致性。 此发动机的装机时间约为t s l c s i = 1 2 0 0 h o u “4 9 4 c v c ( 飞行循环) ，上次装机前试车台 试车e g t m = 1 2 ；础监控趋势上的e g t m = 9 ；装机后e g t 的漂移量为1 5 8 = 7 ，它与装机前试车台e g l m 差值为1 2 7 = 5 ；e h m 监控趋势上当时e g t 位置 为1 5 ，( c c a 机群p w 4 0 0 0 9 4 英寸发动机的警戒值为2 2 ) 他们的差值为7 ；以 上三个数据的偏差量在5 范围内，基本符合规律。认为该e g t 值可信。而该发动机 目前c s i 仅为4 9 4 c v c ，故该发动机e g t 的衰退率为： e g t d 町ia e g tx 1 0 0 0 c s i = 7 1 0 0 0 归9 4 1 4 1 7( 1 0 0 0 c y c ) 这表明该发动机处于衰退较快时期，根据对试车台裕度，e h m 监控起飞裕度和e g t 在监控趋势的位置的综合考虑，认为该发动机剩余e g t m 约为6 ，因此，按目前的 中国民用航空学院硕士学位论文 式中 l i f c 。由时间分权值中软时限预测的发动机剩余循环( 日历周) ； t i m e 。发动机单元体的软时限( 循环) ； t s o 一发动机自从大修后的时间( 循环) ： c s 旺发动机自从大修后的循环( 循环) ； c y d e 。发动机所装飞机的日利用率( 循环天) 。 或者采用下面的公式： l i f e 。= 墅掣( 日历日) l y u e d a ， 利用硬时限来预测发动机的剩余寿命( 循环) 的方法： u 诧一2 堡嚣号 ( 3 6 ) ( 3 7 ) l i f c 。由时间分权值中硬时限预测的发动机剩余循环( 日历周) ； t i m e 。发动机单元体的硬时限( 循环) ； t s 旺一发动机自从大修后的时间( 循环) ； c s o 一发动机自从大修后的循环( 循环) ； c y c l e 。，发动机所装飞机的r 利用率( 循环天) ： 或者采用下面的公式： l j f e m 一2 1 坐堡专斧( 日历日) ( 3 - 8 ) 3 2 4 初始权值分权值法 在发动机寿命预测中，对车台试车性能参数分析是其中关键的一环，起着承上启下 的作用。对修后出厂的发动机来说，它的试车性能就可以代表装机后该发动机的固有可 靠性，我们可以用初始权值来量化出厂发动机的性能。参与初始权值分权值预测寿命的 项目指标有车间工作范围、试车e g t 裕度及m a p n e t 单元体性能评估，这三个指标 均来自m a p n e t 报告。 车间工作范围通常有大修、核心机大修( 包括h p c 和h p t ) 、仅h p t 大修、其他修 理等，发动机的修理工作范围表明了该发动机进厂后接受修理的项目。一般我们可以认 为经大修后的发动机性能最好，而仅做一般性修理后的发动机性能稍差。 试车e g t 裕度表明了发动机在试车台上e g t 距离稳定工作边界的距离，其值越大， 表明发动机的出厂时的工作状态越稳定。 m a p n e t 的分析结果是以各单元体与发动机基线各参数的偏移量以及与发动机基 线的效率和流通能力的差别来评 a e g t 1 0 0 0 c s i 生国匿用堑馨荨医却j 土芊锌望墨 蜊渺 蠹! 。萋剖驻酿剥留绷黝联婵岫她瑚蜇矽移韵氍堍驾；蒌错g ； ；萎 矗。l 掣划驯氍斟嚣誊蓬谲瑚型i ； 囊彗胤一尉目驴囊蕲型犁茬诨用盟l f 编钳；a 囊薹黼剥赢翼銎葵弱蓊豁茄戤蹦l 括麻i | 耋镕攀；。噌煎强萋i 侨随骥整积彰鲫i 距聪埔； 辱帮趁例塑预计装机? 蘩l i i 。一糍裂黧| 交掣薹j 孽墓搬：! ； 打等孽曩孽薹墓囊萎薹- | | 囊薹萋；= 至i 量妻! 蕊型一鏊麟s 蓁 i 妻。爹； ? 薹i 蓁； 墓i | i 。，娜剐驵莨甄峨即羹匏”鎏限幔塞簸廷刮骗囊舔i 婺酬黼g ； 妻i s 揣赫魏鲫r 鬟交鳟嚣动l 僻妊i ； 菩羹俐竖菊爿薹蓦剜影海罄髓弱i 台乍j ! 垂萋明涎驿婪辇摧r _ _ 舞二蠡f _ 诘羹! j 中国民用航孛学院硕士学位论文 3 5 ，由时问分权值预测的该发动机的剩余寿命为： 臁s o n 2 堕器弓 = ( 3 0 0 0 一2 0 3 7 ) 2 1 2 6 1 ，7 6 0 8 7 ( 日历周) 其余装机发动机的预测剩余寿命如表3 3 所示。 表3 3 时间分权值预测的寿命 发动安装c s o 预测剩余寿命 机号 飞机号发位 预测剩余循环( c y c l 。) 日期 ( c v c l e ) ( 日历周) 7 1 5 1 6 3 b 2 4 4 6 ，1 0 5 0 9 0 1 2 0 8 8 9 1 24 5 0 8 7 1 5 0 8 0b 2 4 4 6 尼0 5 0 4 o l7 0 22 2 9 81 4 5 2 6 7 1 5 0 7 8b 2 4 4 0 5 0 2 0 42 0 6 29 3 84 6 3 7 7 2 5 3 3 9b 2 4 删0 5 0 9 。0 91 5 3 71 4 6 37 2 3 2 7 1 5 2 2 7b 2 4 4 8 ，10 5 0 9 0 56 3 82 3 6 21 2 1 3 8 7 1 5 0 7 7b 2 4 毗0 5 0 6 1 14 6 92 5 3 11 3 0 0 6 7 2 5 3 2 3b 2 4 镐30 5 0 5 2 45 1 12 4 8 91 2 7 9 0 7 1 5 0 7 5b 2 4 鹌，40 4 1 1 0 89 1 02 0 1 01 0 3 2 9 7 1 5 0 7 6b 2 4 5 0 l0 3 1 2 1 91 5 4 81 4 5 29 1 - 7 8 7 1 5 2 2 8b 2 4 5 0 陀0 5 0 7 0 46 7 32 3 2 71 4 7 0 9 7 1 5 0 7 9b 2 4 5 0 ，30 4 0 2 2 52 0 3 79 6 3 6 0 8 7 7 1 5 1 6 2 b 2 4 5 0 40 5 1 0 2 32 1 1 7 8 8 35 5 8 1 7 2 5 3 3 8b 2 4 6 2 10 5 0 7 0 31 6 4 31 3 5 77 7 5 4 7 2 5 3 3 7b 2 4 6 拢0 5 0 7 0 32 1 9 49 0 65 1 7 7 7 2 5 3 3 5b 2 4 6 2 ，30 3 1 0 1 3 11 5 9 01 4 1 08 0 5 7 7 1 5 2 2 9b 2 4 6 2 “0 4 0 4 1 41 2 5 01 7 5 0 1 0 0 3 3 4 初始权值分权值法的应用 出厂初始权值涉及修理工作范围，单元体性能和试车e 锄三部分。仍以发动机 p 7 1 5 0 7 9 为例，该发动机h p t 大修，h p c 性能恢复，根据a m e c o 的经验，其修理工 作范围分权值为0 5 ；单元体性能由工程师给出为0 5 ；试车e g m 以5 0 为1 ，该发动 机试车e g t m 为1 8 ，故试车e g t m 分权值为0 3 6 。三方面权重相同，所以初始权值 分权值为o 4 5 。由图3 3 可查该发动机剩余使用时间约为2 7 2 0 循环，b 2 4 5 0 飞机的日 利用率为2 2 6 循环天，故根据公式3 9 ，由故障分权值预测的该发动机剩余使用寿命 为： 呻矿焉毒号 = 2 7 2 0 2 2 6 1 7 1 7 1 9 3 ( 日历周) 其余装机发动机的预测剩余寿命略。 中国民用航空学院硕士学位论文 3 4 小结 本章首先介绍了综合权值由性能、时间、故障、预计剩余装机使用时问和初始权值 五种分权值组成，利用综合权值预测在翼发动机的剩余寿命也就用这五种分权值分别预 测。然后给出了应用分权值预测在翼发动机寿命的方法，最后举例验证综合权值预测发 动机的寿命。利用分权值预测寿命法的后三种，由于人为干涉的成分比较多，误差比较 大，应该不断完善，预测的结果可以作为参考数据。 中国民用航空学院硕士学位论文 系统的程序流程图如图4 2 所示： 图4 2 系统程序流程图 本系统总体指导思想是：地面条件下实现发动机的使用寿命监视和寿命的管理、跟 踪、分析和评估。 系统设计的基本原则是：有效性、可靠性、开放性、实用性。 1 有效性：通过对发动机测量参数，能有效地监控发动机的使用寿命消耗值及其 剩余使用寿命，并对发动机使用情况加以评估； 2 可靠性：系统运行可靠、易维护、容错性好； 3 开放性：系统便于扩充、修改和升级； 4 实用性：针对发动机限寿件进行寿命监控，具有较高的工程实用价值。2 “3 。 4 2 数据库设计 4 j 2 。1 总体设计 根据系统设计的目标，建立以发动机信息为中心的综合评估系统。整个系统采用 c s 结构，用d e l p l l i 语言开发，选用o r a c l e 数据库作数据平台存储评价指标和数据。 中国民用航空学院硕士学位论文 系统共包括六个功能模块，其总体结构如图4 3 所示： 图4 3 系统总体结构 4 2 2 在数据库里建立实体表 图4 - 4 为o 豫d e 9 i 数据库提供的管理界面。首先在数据库里创建用户，然后在用户 下直接建立实体表。还可以用其它软件操纵