06ETM第4章发动机状态监控的实施.ppt

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1、CUSTCUR-3ALLOPS-LINEMAINT.PPT第四章第四章 发动机状态监控发动机状态监控的实施的实施Engine Monitoring&Fault DiagnosisNov.2006 航空工程学院航空工程学院中国民用航空飞行学院中国民用航空飞行学院1Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006发动机状态监控的实施发动机状态监控的实施短期监控短期监控 航线报警、维护航线报警、维护中期监控中期监控 气路性能分析、趋势分析、无损检测等气路性能分析、趋势分析、无损检测等长期监控长期监控 性能衰退和寿命消耗等性能衰退和寿命消耗等2Avi

2、ation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006发动机状态监控的实施发动机状态监控的实施4.1 数据采集数据采集4.2 数据处理数据处理4.3 飞行数据有效性检查飞行数据有效性检查4.4 监控参数的换算监控参数的换算4.5 发动机的基线方程发动机的基线方程4.6 监控数据的初始化监控数据的初始化4.7 状态的趋势分析等状态的趋势分析等3Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法4.1飞行数据的采集飞行数据的采集 对发动机的技术状态进行有效监控和诊断的第一个

3、重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数据采集方法数据采集方法:自动和人工自动和人工 自动采集自动采集 a.数字式机裁飞行数据采集器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，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或

4、磁带上，通过飞机通讯寻址和报告系统ACARS将数据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进行转换传到地面，按适当的格式输送给状态监控系统4Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法 b.快速存取记录器快速存取记录器QAR或机载数据软盘或机载数据软盘ADL 快速存取记录器快速存取记录器QAR(Quick Access Recorder)或或机载数据盘机载数据盘ADL(Airborne data Loader)分别是一个盒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式磁带记

5、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的飞机性能监控系统在飞行结束后在地面将数据转换成成IBM数据带，利用飞行性能分析程序和发动机分析程数据带，利用飞行性能分析程序和发动机分析程序进行分析序进行分析5Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法航空记录系统的基本构件和运作 6Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法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

6、班飞行数据记录仪中的磁带 7Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法FDR 8Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法 人工记录人工记录 采用人工记录时应达到下述要求：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；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：断开自动油门系达到上述稳定条件后，固定油门杆：断开自动油门系统统3分钟：分钟：在稳定和采集数据期间锁定油门杆；在稳定和采集

7、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达到稳定状态后不能再去调整发动机压比EPR；调整；调整EPR将干扰已有的稳定状态；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；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在记录数据时，还应记下飞机的引气系统的工作状态9Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法4.1.2采集记录飞行数据的条件采集记录飞行数据的条件 为了减少数据的质量问题

8、，在巡航飞行达到平稳状态时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：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：、飞行状态参数的范围是：飞行高度飞行高度ALT：2500045000(feet)马赫数材马赫数材Ma：0.600.90 空气总温空气总温TAT：-4520 低压转速低压转速N1：80115 飞机侧滚角飞机侧滚角：410Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法 2、有关的飞行参数在、有关的飞行参数在12秒内的变化应满足：秒内

9、的变化应满足：飞行高度飞行高度ALT：100ft；马赫数马赫数Ma：O.006 空气总温空气总温TAT：O.9 低压转速低压转速N1：0.5 飞机侧滚角飞机侧滚角：411Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法 3、飞状态记录数据的条件：、飞状态记录数据的条件：起飞状态记录数据的条件是：全功率起飞后起飞状态记录数据的条件是：全功率起飞后935秒，秒，(飞行高度大约为飞行高度大约为300英尺英尺)或飞行速度达到或飞行速度达到40节。节。记下最大的记下最大的EPR(或或N1)，最高的，最高的EGT，进气

10、总温和引气，进气总温和引气系统的工作状态。系统的工作状态。12Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法4.2 数据处理数据处理4.2.1 真值和误差真值和误差 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理论真值：如平面三角形内角之和为180等。等。b)指定真值：通常是由国际会议约定的，例如海平面指定真值：通常是由国际会议约定的，例如海平面的标准大气压是的标准大气压是1013

11、25Pa 等。等。c)相对真值：高一级标准仪器的误差与低一级标准器相对真值：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。的误差相比，可以认为前者是后者的相对真值。13Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法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准确程度 系统误差、随机误差、过失误差系统误差、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、系统误差：在一定的条件下由某个或某些因素按

12、照某一确定的规律起作用而形成的误差。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。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系统误差14Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法产生系统误差的主要原因：产生系统误差的主要原因：(1)原理误差原理误差(又称为方法误差又称为方法误差)：由于测量某参数所依据的：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。

13、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。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。善、或使用、调整不当所引起的误差。(4)环境误差：由于外界环境条件环境误差：由于外界环境条件(如环境、温度、湿度、如环境、温度、湿度、大气压力大气压力)改变所引起的误差。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人员误差：由于人员生理的局限性及

14、习掼性所造成的误差。误差。15Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法2、随机误差：、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。随机作用而形成的具有相互抵偿性的误差。不可避免。特点：特点：具有统计规律（在相同的条件下，对同一参数进行多具有统计规律（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

15、，所以其平均值随测量次数的增加而趋于机会大致相等，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）。零；大误差出现的机会比小误差出现的机会小等）。16Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法3、过失误差、过失误差(又称粗大误差又称粗大误差)定义：明显歪曲测量结果的误差。定义：明显歪曲测量结果的误差。特点：没有一定的规律可循特点：没有一定的规律可循原因：原因：由于测量人员在操作、读数、记录、键入、计算等过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

16、次性巨大误差。这类误差经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，应予舍弃合理判别后，应予舍弃。17Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法4.2.2 粗大误差的判别与剔除粗大误差的判别与剔除1、离群值：、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。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。离群值可能是粗大误差或异常数据。18Aviat

17、ion Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 20062、粗大误差和异常数据的判别方法：物理判别法和统计、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。检验判别法。物理判别法：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、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。误记等原因造成的粗大误差。19Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006统计检验判别法：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，借助数理统计方法来判明离群值的

18、性质，以决定其取舍，保证监控数据的可靠性。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。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根据正态分布，出现偏差大于两倍标准差(2)和三倍标准和三倍标准差差(3)测量值的概率分别小于测量值的概率分别小于5%和和0.3%，是一个小概率，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。理由将该离群值判为异常值。20Aviation Engineeri

19、ng Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法4.2.3 参数平滑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。势变化，求出基本的发展趋势。数据变化：趋势变化、周期变化、不规则变化数据变化：趋势变化、周期变化、不规则变化一、一、平滑的目的和要求平滑的目的和要求利用利用k 时刻之前的观测数据来获得时刻之前的观测数据来获得k 时刻的状态估计时刻的状态估计21Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控

20、数据的采集方法监控数据的采集方法二、二、平滑方法平滑方法移动平均法、指数平滑法和最小二乘法等。移动平均法、指数平滑法和最小二乘法等。1、移动平均法、移动平均法移动平均法认为最近移动平均法认为最近N 期数据对未来值的影响相同，都期数据对未来值的影响相同，都加权加权(1N)，而，而N 期以前的数据对未来值无影响，加权期以前的数据对未来值无影响，加权为零。为零。表明：用最近表明：用最近N 期观测值的平均值作为未来各期的预测期观测值的平均值作为未来各期的预测结果。结果。22Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采

21、集方法(1)六点平滑法：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。滑值。(2)十点平滑法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。的平滑值。六六/十点平滑法缺点：不能分辨突变数据是粗大误差还是十点平滑法缺点：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。真实的状态变化，且具有滞后性。23Aviation Engineering Institu

22、te PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法(3)十一点平滑法十一点平滑法当前点的平滑值受前十点的影响，平滑值应是前当前点的平滑值受前十点的影响，平滑值应是前10 点经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。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：优点：符合数理统计趋势分析原理，又经经验合理修正，很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，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详细而科学地作了突变数据的处理使所得到的趋势

23、很快地跟上实际参数的变化。地跟上实际参数的变化。24Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法2、指数平滑法、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。对未来值的影响是随时间间隔的增长而递减。加权系数加权系数a（0al）值愈大，加权系数序列衰减的速度）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。的作用。a 值愈

24、大意味着采用的数据愈少。值愈大意味着采用的数据愈少。根据实践经验，根据实践经验，a 的取值范围一般以的取值范围一般以0.10.3 为宜。为宜。25Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法4.3飞行状态数据的有效性检查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态监控系统进行处理时，必须对数据的有效性进行检查26Aviation Engineering Institute PPT

25、 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法一、飞行状态数据有效性检查的方法一、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。包括：数据范围和数据之间关系的检查。1、数据范围检查、数据范围检查正常情况下，飞行状态参数的范围是：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。若在上述规定的范围之外，则认为数据有质量问题。27Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006

26、监控数据的采集方法监控数据的采集方法2、数据之间的关系检查、数据之间的关系检查 如果如果(T*-T)3，所以无效。，所以无效。28Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法4.4 监控参数的换算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。动机性能的参数换算到标准状态。标准换算因子（标准换算因子（和和）标准换算因子

27、（标准换算因子（和和）用以换算测得的监控参数。）用以换算测得的监控参数。29Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法4.5 发动机的基线方程发动机的基线方程 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标准状态下的换算参数与发动机压比EPR（或低压转速（或低压转速N1）及飞行参数之间的平均变化关系式。）及飞行参数之间的平均变化关系式。30Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工

28、程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法4.6 监控数据的初始化监控数据的初始化一、初始值一、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。行的。征兆量换算参数偏差的初值：在某一工况下，每一台发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。值。31Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法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

29、程中所允包括：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。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。相应的基线值之差，再减去初始值。32Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法4.7 状态的趋势分析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）进行发趋势分析的实质：利用趋势图（趋势图和指印图）进行

30、发动机的状态诊断。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指印图：监控参数偏数值变化与发动机故障对应关系图33Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法发动机趋势分析步骤发动机趋势分析步骤查看趋势图有无变化；查看趋势图有无变化；所有参数都有相同变化吗？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？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

31、；若否，则利用指印图查找故若是，则指示系统有故障；若否，则利用指印图查找故障。障。34Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法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，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。则一定是指示系统的故障。若若FF 发生变化，除了可能是燃油流量指示系统的故障发生变化，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外，还可能是飞行状态参数Ma或或ALT 的故障的故障(或差错或差错)，可以查看安装在同一架飞机上的其它发动机监控参数

32、的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，如果变化是否也存在同样的变化趋势，如果FF 存在同样的存在同样的变化趋势，则为马赫数变化趋势，则为马赫数Ma 指示系统的故障或飞行高度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指示系统的故障，否则是燃油流量指示系统的故障35Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法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，则可能若所有的监控参数偏差量发生相同方向的变化，则可能是是EPR 指示系统的故障或是

33、指示系统的故障或是TAT指示系统的故障。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，则为化趋势，则为TAT 指示系统的故障，否则是指示系统的故障，否则是EPR 指示系指示系统的故障。统的故障。36Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法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

34、是发动机气路中某一单元体或子系统有故障，可用可能是发动机气路中某一单元体或子系统有故障，可用“指印图法指印图法”去查找故障。去查找故障。37Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法若若 EGT 和和 FF 变化趋势相反，可能是测量参数的指示变化趋势相反，可能是测量参数的指示系统有故障；系统有故障；若若 EGT 和和 FF 同时增大，表明发动机性能衰退（压气同时增大，表明发动机性能衰退（压气机或涡轮）；机或涡轮）；若若 N2 增大，同时伴随增大，同时伴随 EGT 和和 FF 增大，表示引气量增大，表示

35、引气量过大。常是由于过大。常是由于 VBV不正常打开或引气管漏气造成的不正常打开或引气管漏气造成的若若 EGT 和和 FF 变化不大，而变化不大，而 N2 有明显得变化，则表有明显得变化，则表明发动机的转差有了变化，应检查明发动机的转差有了变化，应检查VSV(可调静子叶片的可调静子叶片的位置位置)的位置是否正确。的位置是否正确。38Aviation Engineering Institute PPT 2006航空工程学院 2006监控数据的采集方法监控数据的采集方法 在应用在应用“指印图法指印图法”查找故障前，应先查看在此之前查找故障前，应先查看在此之前发动机是否作过维修工作。因为维修后，也会使监控参发动机是否作过维修工作。因为维修后，也会使监控参数偏差量发生变化，这时发动机不存在故障。数偏差量发生变化，这时发动机不存在故障。趋势分析的结果不能作为拆换发动机的依据，只作为趋势分析的结果不能作为拆换发动机的依据，只作为咨询意见，维修人员要靠进一步的孔探或其它的检查结咨询意见，维修人员要靠进一步的孔探或其它的检查结果来确定故障。果来确定故障。39