发动机状态监控与故障诊断(4页).doc

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1、-发动机状态监控与故障诊断讲义1 什么是发动机状态监视与故障诊断？答：发动机状态监视与故障诊断是借助一定的有效方式与发动机各部件工作状态，紧密相关的各种参数实施监测。根据所监测的数据对各部件的工作状态做出有价值的判断，即对发生的故障做出诊断结论，或预报即将发生的故障及时提出维修的具体技术内容。2 什么是发动机故障？及包含的方面？答：发动机故障是指发动机的一种不合格的状态，它的发生会影响发动机的正常工作，或降低发动机的性能指标：发动机的故障包括1 发动机零件或构件的损坏; 2 发动机系统或设备丧失规定功能； 3 发动机的实际性能衰退超过规定值。3 作为发动机故障诊断对象的发动机有何特点？答：完全

2、组装好的、真在工作或准备工作的发动机（或部件）方法或是手段是无损的（这样答合适吗？）4 说明发动机故障诊断系统的组成？答：包括被诊断对象发动机、诊断手段和诊断执行人。5 发动机诊断的任务是什么？答：主要任务包括：1在于揭示发动机故障，确定故障的部件; 2 确定故障的严重程度；3 预测故障的发生。6 发动机故障诊断的手段（诊断方法）包括哪些内容？答：包括诊断技术和诊断方法。诊断技术是指采用物理方法直接或间接识别被诊断对象的结构参数的诊断方法;诊断算法：根据发动机使用过程中的参数监测结果考察被诊断发动机的“状态”与经过长期考察得到的同类型发动机无故障“状态”之间的差别，它包括分类诊断法和故障方程法

3、。 7 什么是NDT？答：NDT是指无损检测（Non-Destructive Testing, NDT）,也称非破坏性试验，指在材料、工件、设备及结构物不被破坏的前提下，利用它们的物理特性因缺陷的存在而发生变化的事实，测定其变化量，从而捡出其内部是否存在缺陷、和缺陷的形状、位置、大小和严重程度和发展趋势。8常规的NDT技术有哪些？说明各方法的适用性及特点。无损检测 射线检测 RADIOGRAPHIC TESTING超声波检测 ULTRASONIC TESTING磁粉检测 MAGNETIC PARTICLE TESTING渗透检测 PENETRANT TESTING涡流检测 EDDY 1.射线检

4、测：适用于飞机、发动机上承力件焊缝质量的检查；飞机蒙皮、肋条间的裂纹、腐蚀、以及外来物；检查蜂窝结构内部是否有水优点： 1）可以检测内部结构及缺陷。2）可以直观得对缺陷的形状，位置及大小进行评定。3）不受材料类型的限制。缺点：1） 射线对人有害，必须有一定的防护设 备和措施。2） 检测成本较高，速度慢。3） 对检测结果的解释需有丰富技术经验和素质。缺陷的方向性对射线束方向选择要求高。2.超声检测:使用于飞机、发动机上主要承力构件的表面和内部裂纹等缺陷故障的检查，也可以用于测量材料的厚度优点：1）不受材料类型的影响。检测速度快，易实现自动化检测2） 可检测表面缺陷或埋藏很深的缺陷3） 可以检测到

5、探头接触不到的位置的缺陷磁粉检测：适用于飞机、发动机上的铁磁性材料零件的表面和近表面裂纹等缺陷的检测优点1）直观显示其缺陷的位置、大小、形状、严重程度和大致确定性质；2）灵敏度很高（可发现0.1mm长、 m级宽的缺陷）3）可检测铁磁性材料表面、近表面的开口与不开口的缺陷；4）多种磁化方法可检测工件各方向的缺陷，不受大小形状影响；5）重复性好，速度快，工艺简单；局限性1）只能适用于铁磁性材料，只能检查出表面、近表面的缺陷（一般12mm），不能检查奥氏体不锈钢材料、用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝、铜、铝、镁、钛等非磁性材料；2）检测灵敏度与磁化方向有很大关系；3）表面覆盖层对检测灵敏度有不良影响；4

6、)受工件几何形状影响容易产生非相关显示；5）通电法和触头法磁化时易打火烧伤工件。3.渗透检测：适用于飞机、发动机承力件和零备件表面开口缺陷的检测实用性可用于锻件、焊件和铸件的表面开口缺陷的检测，特别是铝合金、镁合金、钛合金、奥氏体不锈钢等有色金属材料和非铁性材料制件的表面开口缺陷检测。渗透检测的优点1. 操作简单，操作容易掌握。2. 所需设备简单，便于广泛采用。3. 几乎用于一切材料，且不受零件几何形状、尺寸大小的影响。4. 复杂零件一次检验可检测出各种方向的缺陷，不像磁粉检测那样有方向性问题。5. 检测灵敏度高。（可发现宽度小于1微米的微小裂纹）6. 着色（或便携式渗透系统）检测不受设备，场

7、地限制，可进行野外作业。对大型零件局部检测也易进行。缺陷性：1. 工艺程度复杂，程序周期长。2.对工件表面预清洗要求高，否则污染物会阻止渗透剂进入表面缺陷。3. 无法对多孔性材料进行检测。4.仅能检测开口到表面的缺陷。5. 渗透材料大多易燃、易挥发，有的甚至对身体有害。6. 对检测结果的解释需有丰富技术经验和素质。涡流检测：适用于导电材料的表面裂纹、凹坑、腐蚀等的检查优点：1）对于管、棒、线材检测不需接触，也不需耦合介质，检测速度高，易实现自动化检测。2）对表面缺陷的探测灵敏度高，可对大小不同的缺陷进行评价，可以用在质量管理和控制。3） 检测因素多。可以用于电导率检测，磁导率，缺陷及试件几何尺

8、寸检测。4）可用于高温状态下检测及利用不同探头形状狭窄区域检测（如发动机核心机内的叶片和毂盘检测）。5）由于采用电信号处理，可以储存，再现及进行数据比较和处理。缺点：1）检测材料必须是电导体。2）由于利用电磁感应原理，只能检测表面和埋藏不深的缺陷，对于埋藏深的缺陷无能为力。3）探伤灵敏度和检测深度互相矛盾。频率高时检测灵敏度高，但渗入深度小。综合考虑。4）对缺陷的定性和定量困难。9说明孔探检测的原理和特点，以及孔探技术在航空发动机维护方面的应用。答：孔探技术（Borescope Inspection BSI）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，然后对光学图像进行评估、

9、检测与诊断。 孔探技术的特点：孔探技术可以延长人类的视距，任意改变视线的方向，准确地观察到物体内表面的状况。另外，在孔探检测过程中，与目标对象不发生接触，不形成任何破坏或损伤，也不需要破解或拆开目标对象，因此它也是工业无损检测技术的重要手段。孔探技术在航空发动机维护中的应用：1.高压压气机：主要受到进气道吸进的外来物的冲击、发动机的喘振，导致叶片受损以及疲劳损伤。如果一片叶片断裂，就会打坏后面的几级转子叶片，使发动机空中停车。2.燃烧室：由于在高温状态下工作，燃烧室受到的主要损伤是热损伤，如燃烧室烧裂、烧穿和掉块等。其原因有材料、燃料、燃油喷射不均匀以及停车后积油等。同时，燃烧室内积碳过多也会

10、影响发动机正常工作，降低燃烧效率。3. 高压涡轮：由于导向器叶片工作区域温度最高，而且会受到燃烧不均匀、喷油不均匀的影响，因此最容易发生前缘烧熔、后缘断裂、变形及掉块等。除此之外，高压涡轮转子还会因高速旋转而带来损伤，如因燃烧室掉块打伤涡轮转子叶片等，主要表现为前缘卷曲、掉块、烧熔、裂纹、散热孔堵塞、后缘裂纹、积碳等。10 发动机的工况参数、气动热力参数和机械性能参数主要有哪些？答：工况参数：发动机推力（EPR Engine Pressure Ratio）、发动机压力比or N1 Low Pressure Rotor Speed 低压转子转递（风扇转速）气动热力参数：EGT Exhaust G

11、as Temperature 排气温度, FF,燃油流量传感器 N1, N2High Pressure Rotor Speed 高压转子转速机械性能参数 VIB, Vibration 振动 OP, Oil Pressure 滑油压力 OT, Oil Temperature 滑油温度 油门杆位置，通气压力温度11 用作发动机状态监视的参数应满足那些要求？答：监控参数(征兆量)应满足下述要求：能明确发动机的工作状态；对发动机性能及变化反应灵敏；能简单、迅速、准确地进行测量；在发动机相应的位置上能安装传感器，并能方便地进行检查、维修和拆换。 12 什么是故障模式？答：故障模式（FM）是产品故障现象的

12、一种表现形式，是在发现故障外部表现之后进一步观察到的现象。 13 CCAR-33部航空发动机适航标准要求，任何可能的发动机故障或单一或多重故障，或任何可能的不正常操纵，不会引起发动机出现哪些情况（或其中之一）？答：（1）着火；（2）破裂（危险碎片穿透发动机机匣飞出）；（3）产生的载荷大于在如下构件中所规定的极限载荷。a.安装构件的最大允许的极限载荷；b.安装构件必须能够承受规定的限制载荷，并且没有永久变形或规定的极限载荷没有失效，但可以出现永久变形。（4）失去停车能力。14 发动机监视可分为哪三种类型？并对每一类型给出说明（/解释）？答：1.短期监控 : 航线报警、维护(对每次飞行或地面试车数

13、据进行监控，发动机参数超限时应及时告警，并记录事件发生前后的有关参数，通过维修面板提示给地勤人员)2.中期监控 : 是对一段时间内发动机参数和状态的变化进行监控，包括事件分析、气路性能分析、趋势分析、趋势分析、无损检测和实验等3.长期监控 :给出发动机性能衰退和寿命消耗情况等15 什么是发动机故障诊断的成功率（写出表达式，并对其中变量予以说明）？答：成功率=（正确诊断/总飞行次数）100% 正确诊断指MES的判断和发动机的技术状态一致，即发动机无故障时EMS判断为无故障；发动机有故障时EMS诊断为有故障。16 什么是发动机状态判别的基线模型？一台发动机即使在正常工作时测量参数也会随飞行条件、环

14、境条件、发动机工作状态以及飞机引气量和功率的提取量而变化，对于装有防喘放气、涡轮主动叶尖间隙控制和可调涡轮冷却空气的发动机，测量参数还随着这些系统的工作状态变化，因此不可能直接用测量参数值来判断发动机的健康状况。为此应建立基线模型以提供上述各种使用条件下代表发动机正常工作的参数值，利用测量参数偏离其基线的偏差量作为发动机监视和故障诊断的依据。17 写出用于发动机状态判别的偏差量YC的计算表达式。并说明其中各参数的意义及如何获取。答：-实测参数的换算值 -初始值（它是EPR的线性函数，由发动机在飞机上安装后最初的20个航班的偏差量经线性回归方案求得） -基线值18 什么是测量数据的平滑，写出测量

15、参数的六点平滑和十点平滑计算表达式。并比较它们与11点平滑法的特点。答：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。(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。表达式(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。表达式六/十点平滑法缺点：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。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 符合数理统计趋势分析原理，又经经验合理修正，很好地去

16、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。19 发动机振动监视的目的是什么？答：振动监视是监视发动机结构系统，主要是转子系统的机械状态和故障。通过监视系统对发动机损伤和非正常磨损的早期检测，提高飞行安全并节约发动机寿命周期费用。20 什么是发动机的振动总量和振动分量？答：振动总量：在一定通频带范围内测量和显示的振动量值振动分量：经跟踪滤波、窄带滤波或频谱分析得到的单一频率成分的震动分量21 振动传感器安装托架（组件）及其传感器安装应满足的基本要求是什么？答：传感器在发动机或附件上的按装位置应与被监控的部件有很好的刚性连接。

17、传感器的安装应选在发动机或附件的本体上。如不可能则要选择刚性很好的安装托架。传感器和托架组件的第一阶固有频率至少比所要测定的频率大3倍。传感器和发动机本体（或托架）的安装面的平行度、垂直度以及连接螺钉的拧紧力矩应明确规定。22 什么是测量参数的真值与误差，真值与误差各分为哪些类型？答：真值是测量对象的客观存在的数值分为：a) 理论真值b) 指定真值c) 相对真值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 误差分为：系统误差、随机误差、过失误差23 系统误差的特征是什么？通常如何消除？答：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

18、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24 什么是发动机性能监视的参数对比法，它有什么特点？答：同一架飞机上安装多台发动机可利用多台发动机监视参数相互对比隔离飞行状态参数测量故障。若所有的发动机监视参数数据有相同变化趋势，这表明飞后状态参数测量有错误；若发动机的趋势变化不同，可通过比较一台发动机的参数偏差量的不同变化识别发动机的测量系统故障。25 发动机滑油监视系统完成的监视功能有哪些？答：1）利用滑油系统工作参数监视滑油系统的工作状态和发动机有关零部件的工作状态；2）通过分析滑油中的屑末状况，监视接触滑油的发动机零部件的健康状况；3）通过分析滑油

19、的理化性能，监视滑油自身状态并提供有关发动机工作异常的信息。26 滑油系统工作状态的监视参数有哪些，监视的方法有哪些？答：通常通过滑油温度、滑油压力、滑油量和消耗量、滑油滤堵塞指示等监视参数来监视滑油系统的工作滑油系统监控方法：1.滑油系统工作状态监控2.屑末监视3.铁谱分析和光谱分析4.滑油理化性能监视27发动机滑油屑末监视的主要目的是什么？比较磁屑探测器、滑油光谱分析和铁谱分析三种技术方法的特点？答：目的是及时发现由于滚动和滑动表面产生的磨损屑末，判断摩擦件的健康状况并避免造成严重的发动机二次损伤。三种技术的比较 ： 1.滑油光谱分析技术已有较长的应用历史并且在发动机状态监视中得到广泛、有

20、效的应用。但是，它具有不能有效地检测大于10m金属微粒和不能观察和分析单个微粒的缺陷，因而损失了一些重要信息2.屑末分析方法相当简便，但其定量性能和故障早期预报性能却不能令人满意。3.铁谱分析技术具有较宽的微粒尺寸检测范围和较高的检测效率，能同时进行磨损微粒的定性分析与定量监测，可弥补屑末分析和光谱分析技术的不足 28 发动机滑油系统常见的故障有哪些？并分析引起各故障的主要原因。答：滑油系统本身常见的故障有： 滑油消耗过大、漏油供油量不足、管路堵塞、通气系统堵塞、滑油泵不工作等。造成滑油压力增高的原因可能有滑油喷嘴堵塞、油滤堵塞或调压器工作不正常，滑油泄漏、油管破裂、油泵故障、油面太低、调压活

21、门工作不正常则可能造成滑油压力降低。影响滑油温度的因素有很多，如发动机转速、飞行高度和马赫数以及燃油温度（采用燃油滑油散热器时）等滑油消耗过大可能是由滑油泄漏引起的；滑油滤堵塞造成供油量不足29 发动机的平均滑油消耗量如何计算？答： 30 根据零件故障对发动机的危害程度，发动机零件分为哪些类型？并说明其定义。答：限制寿命的关键件、限制寿命的重要件、不限制寿命的零件限制寿命的关键件：其故障将会以结构损坏或机组人员伤亡等形式为危及飞机安全限制寿命的重要件：其故障虽属非灾难性，但却严重影响发动机性能、可靠性或使用成本不限制寿命的零件：其故障对发动机仅有较小影响，发现坏了，修理或更新即可31 发动机使

22、用寿命监视的主要任务是什么？答：利用机载和地面的发动机寿命监视系统，监视管理和跟踪发动机限制寿命零件的使用情况，充分利用其可用寿命并进行零件寿命的科学管理，从而保证飞行安全并改善经济性32 限制寿命零件的寿命消耗主要由哪些因素所决定？答：高周疲劳（HCF）、低周疲劳（LCF）和蠕变33 什么是零件的LCF？引起LCF的因素有哪些，其中最主要因素是哪些？答：LCF系由离心载荷、扭转载荷、启动载荷以及温度梯度和不均匀膨胀等引起的应力循环。其中主要的是离心应力循环（机械的LCF）和热应力循环（热疲劳）34 什么是蠕变，影响零件蠕变大小因素有哪些？答：零件材料在高温下经受持续载荷所产生的变形，其大小取决于温度、载荷（应力）及其持续时间35 对民机发动机限制寿命零件的寿命消耗有重要影响的发动机事件有哪些？答：转子超转、涡轮超温、振动超限、起动超温、扭矩超限、喘振失速、发动机起动及加力燃烧室接通-第 4 页-