发动机故障诊断与状态监控

.发动机状态监控与故障诊断 写在前面的话：感谢林元铖，游建峰，柴文乾，张建军，王作洪，何沛等人的整理 1.目前民航发动机制造商提供的性能监控软件有哪些？它主要监控哪些内容，并简述监控的基本流程。目前应用的主要监控软件有：GE的SAGE、普惠的EHM、罗罗公司的COMPASS软件。发动机气路性能监控主要包括：利用巡航稳态数据进行趋势监控；利用起飞数据估算海平面起飞EGT裕度。这些软件主要监控的参数有：低压转子N1、高压转子N2、发动机排气温度EGT、燃油流量FF、振动VIB、滑油压力OP、滑油温度OT。发动机监控的基本流程：数据采集；数据处理；飞行数据有效性检查；监控参数的换算；发动机的基线方程；监控数据的初始化；状态的趋势分析。2.发动机基线：是指针对刚出厂性能良好的某构型发动机，在一定的飞行条件下（如ALT、Mach一定），发动机气路参数随工况参数的平均变化关系。将巡航数据录取后，将数据换算然后与发动机基线比较，即可得到原始偏差量。3.普惠、GE发动机巡航趋势主要监控哪些参数？普惠发动机通常采用EPR来反映工况，巡航监视四个参数：EGT、WF、N1和N2。GE发动机采用N1来反映工况，巡航监视三个参数：EGT、WF和N2。4.发动机巡航趋势监控所需数据获取方式有哪些？记录哪些数据？民航发动机巡航数据采集有三种方式：机组手工记录；数据自动记录系统+软盘；数据自动记录系统+地空数据通讯如ACARS（飞机通讯及寻址报告系统）或卫星通讯。记录参数有四类：飞机相关识别信息；飞行条件如ALT、Mach、TAT等；发动机参数如EPR、N1、N2、EGT、WF以及滑油压力和振动等；引气情况如空调引气、发动机进口防冰及大翼防冰等。5.在发动机趋势监控中，为什么对原始偏差进行数据平滑？常用有哪些平滑方法，数据平滑公式及其分析。数据平滑是为了减少测量噪声影响，更好地提取参数变化的趋势。常用的平滑方法有：移动平均平滑法和指数平滑法。设测量是平稳随机数列， yk=xk+ek ，其中xk为k时刻的状态，yk为k时刻的测量值，ek为k时刻的测量噪声。N点移动平均平滑法为 xk=yk+yk-1+yk-(N-1)N ，其中xk是xk的估计值，yk可视为原始偏差，xk可视为平滑后的偏差。N点指数平滑法为 xk=xk-1+yk-xk-1 ，为平滑指数（取=0.10.3）。6.发动机巡航趋势图分析基本流程：查看趋势图有无变化；查看所有参数是否有相同的变化；查看同一飞机其他发动机参数是否有相同变化趋势；若是，指示系统故障；若否，利用指印图查找故障。7.对发动机气路性能影响较大的四类故障，每类故障类型和原因。飞机相关传感器或指示系统：飞机上大气数据传感器主要包括皮托管探头和总温探头，而ALT、Mach、指示空速IAS，静温STA等参数都由大气数据计算机来解算。当飞机相关传感器故障时，会使该飞机上所有的发动机产生相似的趋势变化。发动机传感器或指示系统：发动机传感器故障有两种，工况传感器故障和被监控参数的传感器故障。发动机相关系统：对发动机气路参数影响较大的系统有：引气系统、防冰系统、放气系统、静子叶片调节VSV系统和涡轮间隙控制系统等。这些相关系统的故障通常会影响整个气路，此时发动机各监控参数的变化具有相关性。发动机本体故障：是指FAN、LPC、HPC、HPT、LPT和喷口面积的变化。发动机本体故障通常会影响整个气路，此时发动机各监控参数的变化具有相关性。其中HPT衰退比较明显，通常会使EGT和FF明显上升，N2明显下降。8.根据发动机巡航趋势图，如何区分飞机传感器和发动机传感器之间的故障，为什么？（自己解决）9.为什么EGT能反映发动机的整体性能？EGT表征了发动机中最关键的参数涡轮前燃气总温的高低，对压气机、涡轮的效率下降极为敏感，对引起系统故障反应也很明显，对飞行参数和发动机工作参数的改变都有反应。一般EGT随推力的增大而升高，随着发动机部件效率的下降和发动机性能的衰退而升高。10.发动机推力、EGT、N1与外界大气温度的关系？ThrustN1EGT Tcp OAT当OATTcp时，为防止起飞过程中EGT超温，通常会减少推力，即发动机将无法产生额定的全推力。由N1曲线可见，在Tcp温度以下时，随OAT升高，为保持发动机推力不变，需增加N1转速；在Tcp温度以上时，为防止发动机EGT过高，需要减小起飞N1的设定值。由EGT曲线可见，在Tcp温度以下，随着OAT升高，发动机为保持推力不变，需增加N1，EGT相应会增加，在Tcp温度以上，就要牺牲推力来限制EGT。11:EGTM和OATL的定义和关系？P32-33答：EGTM为海平面起飞裕度，发动机在海平面，平均率温度下，飞机正常引气，发动机产生额定的全推力时的排气温度与EGT红线的距离起飞EGT裕度反映了发动机性能的好坏；OATL为发动机起飞机场的 外界空气温度限制值称为场温限制值；在海平面，当场温达到OATL时发动机产生全推力，其排气温度达到红线值，发动机全推力时的排气温度与红线的差值为EGTM.12：某PW4000发动机，若其EPR传感器测量值偏小，在发动机巡航趋势图上的表现是什么？答：EPR 表征的是发动机的推力参数之一，EPR值偏小则表明发动机的推力偏小，则N1减小，发动机性能下降，EGT和FF同时增大，N2减小。13：对于同一台CFM56发动机，在海平面机场，若大气温度升高，发动机为保持推力不变，N1应增加还是减少，为什么？P32答：由EGT曲线可知，在Tcp温度下，随着大气温度升高，发动机为保持推力不变，需增加N1，EGT相应会增加14：发动机EGTM的定义和求解。P32，33答：EGTM为海平面起飞裕度，发动机在海平面，平均率温度下，飞机正常引气，发动机产生额定的全推力时的排气温度与EGT红线的距离；求解P33举例。15：什么是发动机故障因子？什么是故障系数？故障系数中为何采用相对变化量？P13-15答：正常特性方程，如X=X(z)+x0，则表征该特性的函数系变量x0即为故障因子；故障系数是故障方程中各故障因子每变化一个单位而其他故障因子不变时，相应响应的变化量；16：推导压气机进出口、涡轮进口的参数关系式。P7-8压气机涡轮17：推导燃烧室能量平衡的关系式。P8能量平衡方程18：推导涡轮和尾喷口的能量连续方程和功率平衡方程。P819：若在巡航工作点得到的压气机效率下降是否可以断定为是压气机故障，为什么？答：不能，飞机在巡航时发动机的压气机效率下降，即N1下降，如果趋势图上的EGT,FF,和N2的趋势同时减少，则是发动机的指示系统发生故障，应检查飞机的另一个发动机是否也发现相同的问题。20：发动机滑油监控的目的，常用方法及其特点。P42答：发动机滑油监控的目的是为了预报和监控发动机健康状态，保证飞机的飞行安全，并且是对发动机展开视情维修的重要保证；常用方法：金属屑探测技术、滑油光谱分析技术、铁谱分析技术、滑油系统工作状态监控、滑油理化性能监视。金属屑探测技术：使用维护方便，分析处理及时，基本不需要附加费用；铁谱分析技术：能收集大部分的铁磁性微粒，通过粒度的分布，可以确定磨损状态，可以不拆卸，不停止发动机条件下，了解发动机磨损形式、程度和部位；光谱分析技术：自动化程度高，检测可靠，能同时进行多元素分析，分析速度快，效率高，有利于早期故障预测，但不能获得磨粒的形态和大小，探测大颗粒是灵敏度不高，设备昂贵，难以生产现场使用。21. 发动机故障方程的建立：课本第10页，网上都是些论文（我也不懂，自己总结一下）22.发动机常见故障的趋势表现（仪表 漏气 涡轮性能减退）及其解释 课本第22页，故障原则的详细解释。23发动机振动的原因和危害.振动原因：转子不平衡，支承不对中，轴弯曲，装配件或基础松动，转子与定子摩擦，喘振，旋转失速，油膜振动等。危害：损害发动机寿命，严重时造成发动机受损甚至破坏。振动源：转子激振源，气路激振源，轴承激振源，齿轮激振源24.目的：对发动机的健康状况进行监控；原理见下题；意义：不知道啊。25.发动机五种无损探伤的原理 优缺点：孔探：孔探检测技术的基本原理是采用光学手段通过小孔将密封物体内部的状况传递出来，然后对光学图形进行评估，检测，诊断。孔探检测技术可以延长人类的视距，任意改变视线的方向，准确观察到物体内表面的状况。另外，在孔探检测中，与目标对象不发生接触，不形成任何破坏和损伤，也无需拆开目标和对象，因此，它是工业无损检测技术的重要手段。涡流：飞机故障诊断101页。荧光与着色：飞机故障诊断130页。超声波：飞机故障诊断114页。26、发动机维护中提高EGTM的手段和措施？答：水洗、发动机大修、部件改进和升级、起飞前暖机、减功率起飞、选用大推力发动机、合理的飞机布局与操作和合理的航线结构。27、发动机状态监控的英语专业词汇。答：EGTM、OATL、N1、N2、FF、VIB、OP、OT等。28写出压气机和涡轮功率平衡的关系式。答：式中为空气定压比热容，为燃气定压比热容，为涡轮轴传动的机械效率。29、对发动机气路性能影响比较大的故障有哪四类？每类故障列出至少3个。答：1）、飞机相关传感器或指示系统，如：皮托管探头、总温探头、ALT、Mach、指示空速LAS和静温SAT等；2）、发动机传感器或指示系统，如：工况传感器故障和被监控参数的传感器故障，N1、EGT、FF或N2传感器故障；3）、发动机相关系统，如：引气系统、防冰系统、放气系统、VSV系统和涡轮间隙控制系统等；4）、发动机本体故障，如：风扇、压气机、燃烧室、涡轮和喷口面积的变化等。30、某CFM56发动机，若其N1传感器测量偏小，在发动机巡航趋势图上的表现是什么？为什么？答：若其N1传感器测量偏小，在发动机巡航趋势图上的表现是N1发生偏移，其余参数值无明显变化；因为此变化是由N1传感器故障引起的，所以在趋势图上会表现为N1值偏小，其余参数值无明显变化。（注：该题答案可能不正确，因为没能在书中找到确切答案，故仅供参考）31.详见第2题和第3题。P2332.详见第11题。P3333.航空发动机状态监控的主要技术手段包括那几个方面？P2目前航空发动机状态监控的主要技术手段有三类：1， 气路性能监控 主要通过监视发动机参数来监视气路是否正常，以及发动机能否在规定的安全限制内产生需要的推力或功率。2， 机械性能监控 包括滑油和振动监控。滑油监控主要监视滑油压力、温度、消耗量、回油管路上的磁性堵塞以及进行油详分析；振动监控主要通过机载振动监控系统跟踪转速频率，来监视高、低压转子的振动量。3， 无损探伤 主要有孔探检查、涡流检查、荧光检查、着色检查、超声波检查，其中孔探检查是发动机状态监控的一种重要手段，应用最为广泛。34 无损探伤包括哪些方面？针对航空发动机最重要是？P3无损探伤主要有孔探检查、涡流检查、荧光检查、着色检查、超声波检查，其中孔探检查是发动机状态监控的一种重要手段，应用最为广泛。35.航空发动机的故障诊断的概念内涵、任务、对象、思想各是什么？P5 1，故障诊断定义：发动机故障诊断是指在不解体发动机结构的条件下，采用适当的无损的手段，确定发动机性能状况，查明故障部位、故障严重程度和预测潜在故障的发生。 2，故障诊断对象:发动机故障诊断的对象时完全组装好的、正在工作或者准备工作的发动机（有时也包括压气机、涡轮等单独部件）。 3，故障诊断的任务：1）故障检测。 2）故障隔离（故障定位）。 3）故障辨识。 4，故障诊断的思想：设被测对象全部可能发生的状态组成状态空间，它的可测量特征的全部可能取值范围形成特征空间，当系统处于某一状态S时，他将具有确定的特征y，即存在这映射g: Sy 反之，一定的系统特征也应于确定的状态，即存在着映射f: yS36 航空发动机故障诊断的数学模型的建立流程是？第一步：建立发动机部件特性方程；第二步：由发动机的部件特性方程加上热力学匹配方程，控制条件，边界条件建立发动机正常态数学模型；第三步：在正常态数学模型的基础上引入表征发动机部件故障的故障因子，建立起发动机故障态数学模型；第四步：由发动机正常态模型的解和发动机故障态模型的解得出故障系数（故障系数表）37 部件特性是？ 所谓部件特性是指部件本身的尺寸在发动机工作过程中的性能参数反应，它仅仅取决于部件本身的尺寸。38 故障因子，故障系数内涵定义？见15题39 P33计算题PW4056发动机的起飞EGT裕度，在海平面全功率起飞，起飞数据如下：EGTmax=567 oC,，此时TAT=28 oC，EPR=1.515，空调组件关；已知发动机起飞