ETM第4章發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控的實施.ppt

1,第四章 發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控 的實施,Engine Monitoring & Fault Diagnosis Nov. 2006,航空工程學(xué)院 中國民用航空飛行學(xué)院,2,發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控的實施,短期監(jiān)控 航線報警、維護 中期監(jiān)控 氣路性能分析、趨勢分析、無損檢測等 長期監(jiān)控 性能衰退和壽命消耗等,3,發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控的實施,4.1 數(shù)據(jù)采集 4.2 數(shù)據(jù)處理 4.3 飛行數(shù)據(jù)有效性檢查 4.4 監(jiān)控參數(shù)的換算 4.5 發(fā)動機的基線方程 4.6 監(jiān)控數(shù)據(jù)的初始化 4.7 狀態(tài)的趨勢分析等,4,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,4.1飛行數(shù)據(jù)的采集 對發(fā)動機的技術(shù)狀態(tài)進行有效監(jiān)控和診斷的第一個重要而又關(guān)鍵的問題：準(zhǔn)確、快速地采集監(jiān)控所需的數(shù)據(jù) 4.1.1數(shù)據(jù)采集方法:自動和人工 自動采集 a.數(shù)字式機裁飛行數(shù)據(jù)采集器DFDAU 許多飛機上都裝有數(shù)字式機裁自動記錄系統(tǒng)DFDAU，它可以自動地搜索、判別、記錄，獲取起飛狀態(tài)和穩(wěn)定巡航狀態(tài)的飛行數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)記錄在軟盤或磁帶上，通過飛機通訊尋址和報告系統(tǒng)ACARS將數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換傳到地面，按適當(dāng)?shù)母袷捷斔徒o狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng),5,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,b.快速存取記錄器QAR或機載數(shù)據(jù)軟盤ADL 快速存取記錄器QAR (Quick Access Recorder)或機載數(shù)據(jù)盤ADL (Airborne data Loader)分別是一個盒式磁帶記錄器或是一張軟盤，它一般用于需要大量數(shù)據(jù)的飛機性能監(jiān)控系統(tǒng)在飛行結(jié)束后在地面將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成IBM數(shù)據(jù)帶，利用飛行性能分析程序和發(fā)動機分析程序進行分析,6,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,航空記錄系統(tǒng)的基本構(gòu)件和運作,7,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,1999年10月31日墜毀的埃及航空公司 990航班飛行數(shù)據(jù)記錄儀中的磁帶,8,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,FDR,9,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,人工記錄 采用人工記錄時應(yīng)達(dá)到下述要求： 巡航后穩(wěn)定時間要大于三分鐘； 達(dá)到上述穩(wěn)定條件后，固定油門桿：斷開自動油門系統(tǒng)3分鐘： 在穩(wěn)定和采集數(shù)據(jù)期間鎖定油門桿； 達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后不能再去調(diào)整發(fā)動機壓比EPR；調(diào)整EPR將干擾已有的穩(wěn)定狀態(tài)； 在記錄數(shù)據(jù)時，先記錄一臺發(fā)動機的所有數(shù)據(jù)再記錄另一臺發(fā)動機的數(shù)據(jù)； 在記錄數(shù)據(jù)時，還應(yīng)記下飛機的引氣系統(tǒng)的工作狀態(tài),10,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,4.1.2采集記錄飛行數(shù)據(jù)的條件 為了減少數(shù)據(jù)的質(zhì)量問題，在巡航飛行達(dá)到平穩(wěn)狀態(tài)時再記錄數(shù)據(jù)，所謂平穩(wěn)狀態(tài)應(yīng)滿足下列條件： 1、飛行狀態(tài)參數(shù)的范圍是： 飛行高度ALT：2500045000(feet) 馬赫數(shù)材Ma：0.600.90 空氣總溫TAT：-4520 低壓轉(zhuǎn)速N1：80115 飛機側(cè)滾角：4,11,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,2、有關(guān)的飛行參數(shù)在12秒內(nèi)的變化應(yīng)滿足： 飛行高度ALT：100ft； 馬赫數(shù)Ma：O.006 空氣總溫TAT：O.9 低壓轉(zhuǎn)速N1：0.5 飛機側(cè)滾角：4,12,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,3、飛狀態(tài)記錄數(shù)據(jù)的條件： 起飛狀態(tài)記錄數(shù)據(jù)的條件是：全功率起飛后935秒，(飛行高度大約為300英尺)或飛行速度達(dá)到40節(jié)。 記下最大的EPR(或N1)，最高的EGT，進氣總溫和引氣系統(tǒng)的工作狀態(tài)。,13,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,4.2 數(shù)據(jù)處理 4.2.1 真值和誤差 真值是測量對象的客觀存在的數(shù)值例如，物體的長度，溫度，氣體的壓力等 a) 理論真值：如平面三角形內(nèi)角之和為180等。 b) 指定真值：通常是由國際會議約定的，例如海平面的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓是101325Pa 等。 c) 相對真值：高一級標(biāo)準(zhǔn)儀器的誤差與低一級標(biāo)準(zhǔn)器的誤差相比，可以認(rèn)為前者是后者的相對真值。,14,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,誤差是測量值與真值之間的差值它被用來表征測量值的準(zhǔn)確程度 系統(tǒng)誤差、隨機誤差、過失誤差 1、系統(tǒng)誤差：在一定的條件下由某個或某些因素按照某一確定的規(guī)律起作用而形成的誤差。 特征：值保持恒定不變，或按一定規(guī)律而變化。 原則上可以修正或消除，如可以通過初值的辦法消除部分系統(tǒng)誤差,15,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因： (1) 原理誤差(又稱為方法誤差)：由于測量某參數(shù)所依據(jù)的理論或測量原理或測量法不完善所引起的誤差。 (2) 構(gòu)造誤差：由于測量系統(tǒng)的構(gòu)造、材料、制造、裝配等方面的不完善所引起的誤差。 (3) 設(shè)備誤差：由于測量所使用的儀表、設(shè)備等本身不完善、或使用、調(diào)整不當(dāng)所引起的誤差。 (4) 環(huán)境誤差：由于外界環(huán)境條件(如環(huán)境、溫度、濕度、大氣壓力)改變所引起的誤差。 (5) 人員誤差：由于人員生理的局限性及習(xí)摜性所造成的誤差。,16,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,2、隨機誤差： 定義：由于測量過程中許多未能且也無法嚴(yán)格控制的因素隨機作用而形成的具有相互抵償性的誤差。不可避免。 特點： 具有統(tǒng)計規(guī)律（在相同的條件下，對同一參數(shù)進行多次重復(fù)測量時，測得的絕對值相同的正、負(fù)誤差出現(xiàn)的機會大致相等，所以其平均值隨測量次數(shù)的增加而趨于零；大誤差出現(xiàn)的機會比小誤差出現(xiàn)的機會小等）。,17,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,3、過失誤差(又稱粗大誤差) 定義：明顯歪曲測量結(jié)果的誤差。 特點：沒有一定的規(guī)律可循 原因： 由于測量人員在操作、讀數(shù)、記錄、鍵入、計算等過程中粗心大意所造成的一次性巨大誤差。這類誤差經(jīng)過合理判別后，應(yīng)予舍棄。,18,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,4.2.2 粗大誤差的判別與剔除 1、離群值： 在一組監(jiān)控參數(shù)的測量數(shù)據(jù)中，有時會發(fā)現(xiàn)一個或幾個測量值明顯地離群，比其它測量值明顯地偏大或偏小。 離群值可能是粗大誤差或異常數(shù)據(jù)。,2、粗大誤差和異常數(shù)據(jù)的判別方法：物理判別法和統(tǒng)計檢驗判別法。 物理判別法： 根據(jù)一般規(guī)律和經(jīng)驗，判別離群數(shù)據(jù)是否是由于誤讀、誤記等原因造成的粗大誤差。,20,統(tǒng)計檢驗判別法： 借助數(shù)理統(tǒng)計方法來判明離群值的性質(zhì)，以決定其取舍，保證監(jiān)控數(shù)據(jù)的可靠性。 在給定的置信概率下，確定一個置信區(qū)間，凡超過此區(qū)間的離群數(shù)據(jù)就認(rèn)為是粗大誤差。 根據(jù)正態(tài)分布，出現(xiàn)偏差大于兩倍標(biāo)準(zhǔn)差(2)和三倍標(biāo)準(zhǔn)差(3)測量值的概率分別小于5%和0.3%，是一個小概率事件，如果離群值的偏差大于兩倍和三倍的標(biāo)準(zhǔn)差則有理由將該離群值判為異常值。,21,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,4.2.3 參數(shù)平滑 數(shù)據(jù)的平滑：從測得的各監(jiān)控參數(shù)數(shù)據(jù)序列中分離出趨勢變化，求出基本的發(fā)展趨勢。 數(shù)據(jù)變化：趨勢變化、周期變化、不規(guī)則變化 一、 平滑的目的和要求 利用k 時刻之前的觀測數(shù)據(jù)來獲得k 時刻的狀態(tài)估計,22,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,二、 平滑方法 移動平均法、指數(shù)平滑法和最小二乘法等。 1、移動平均法 移動平均法認(rèn)為最近N 期數(shù)據(jù)對未來值的影響相同，都加權(quán)(1N)，而N 期以前的數(shù)據(jù)對未來值無影響，加權(quán)為零。 表明：用最近N 期觀測值的平均值作為未來各期的預(yù)測結(jié)果。,23,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,(1)六點平滑法： 將當(dāng)前測量點及其前的五個測量點中減去其中的最大值和最小值后，剩下的四個點再進行平均作為當(dāng)前點的平滑值。 (2)十點平滑法 將當(dāng)前測量點及其前的九個測量點進行平均作為當(dāng)前點的平滑值。 六/十點平滑法缺點：不能分辨突變數(shù)據(jù)是粗大誤差還是真實的狀態(tài)變化，且具有滯后性。,24,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,(3)十一點平滑法 當(dāng)前點的平滑值受前十點的影響，平滑值應(yīng)是前10 點經(jīng)異常點處理后的平均值與當(dāng)前點測量值的加權(quán)平均值。 優(yōu)點： 符合數(shù)理統(tǒng)計趨勢分析原理，又經(jīng)經(jīng)驗合理修正，很好地去掉隨機誤差和粗大誤差，分辨出真實的變化趨勢，詳細(xì)而科學(xué)地作了突變數(shù)據(jù)的處理使所得到的趨勢很快地跟上實際參數(shù)的變化。,25,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,2、指數(shù)平滑法 對各期觀測值依時間順序加權(quán)進行平均。認(rèn)為歷史數(shù)據(jù)對未來值的影響是隨時間間隔的增長而遞減。 加權(quán)系數(shù)a（0al）值愈大，加權(quán)系數(shù)序列衰減的速度愈快。其取值的大小起著控制參加平均的歷史數(shù)據(jù)個數(shù)的作用。a 值愈大意味著采用的數(shù)據(jù)愈少。 根據(jù)實踐經(jīng)驗，a 的取值范圍一般以0.10.3 為宜。,26,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,4.3飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)的有效性檢查 監(jiān)控所需的參數(shù)由機組人員手工記錄，再經(jīng)人工健入狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)進行處理時，必須對數(shù)據(jù)的有效性進行檢查,27,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,一、飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)有效性檢查的方法 包括：數(shù)據(jù)范圍和數(shù)據(jù)之間關(guān)系的檢查。 1、數(shù)據(jù)范圍檢查 正常情況下，飛行狀態(tài)參數(shù)的范圍是： 20000Hp47000(feet) 200Vi350(knots) -45T*20 0.60MaO.90 若在上述規(guī)定的范圍之外，則認(rèn)為數(shù)據(jù)有質(zhì)量問題。,28,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,2、數(shù)據(jù)之間的關(guān)系檢查 如果(T*-T)3，所以無效。,29,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,4.4 監(jiān)控參數(shù)的換算 發(fā)動機性能通常都是按海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)確定的，因此在對發(fā)動機的性能進行檢驗或?qū)Ρ葧r，必須將表征發(fā)動機性能的參數(shù)換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。 標(biāo)準(zhǔn)換算因子（和） 標(biāo)準(zhǔn)換算因子（和）用以換算測得的監(jiān)控參數(shù)。,30,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,4.5 發(fā)動機的基線方程 基線方程：同一類型、工作正常的發(fā)動機的征兆量在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的換算參數(shù)與發(fā)動機壓比EPR（或低壓轉(zhuǎn)速N1）及飛行參數(shù)之間的平均變化關(guān)系式。,31,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,4.6 監(jiān)控數(shù)據(jù)的初始化 一、初始值 發(fā)動機故障診斷是根據(jù)發(fā)動機各測量參數(shù)的偏差值來進行的。 征兆量換算參數(shù)偏差的初值：在某一工況下，每一臺發(fā)動機在正常狀態(tài)下的征兆量換算參數(shù)與相應(yīng)的基線的差值。,32,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,包括：由于同一類型的不同發(fā)動機在制造過程中所允許的公差；測量系統(tǒng)的公差；發(fā)動機安裝等因素的影響產(chǎn)生誤差。 故障診斷用的偏差值：各測量參數(shù)測量值的換算值與相應(yīng)的基線值之差，再減去初始值。,33,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,4.7 狀態(tài)的趨勢分析 趨勢分析的實質(zhì)：利用趨勢圖（趨勢圖和指印圖）進行發(fā)動機的狀態(tài)診斷。 趨勢圖：監(jiān)控參數(shù)偏差的平滑值隨時間的變化關(guān)系圖 指印圖：監(jiān)控參數(shù)偏數(shù)值變化與發(fā)動機故障對應(yīng)關(guān)系圖,34,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,發(fā)動機趨勢分析步驟 查看趨勢圖有無變化； 所有參數(shù)都有相同變化嗎？ 同一架飛機上的其它發(fā)動機的參數(shù)有相同變化趨勢？ 若是，則指示系統(tǒng)有故障；若否，則利用指印圖查找故障。,35,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,若各監(jiān)控參數(shù)偏差量中只有一個參數(shù)的數(shù)值發(fā)生變化，則一定是指示系統(tǒng)的故障。 若FF 發(fā)生變化，除了可能是燃油流量指示系統(tǒng)的故障外，還可能是飛行狀態(tài)參數(shù)Ma或ALT 的故障(或差錯)，可以查看安裝在同一架飛機上的其它發(fā)動機監(jiān)控參數(shù)的變化是否也存在同樣的變化趨勢，如果FF 存在同樣的變化趨勢，則為馬赫數(shù)Ma 指示系統(tǒng)的故障或飛行高度ALT 指示系統(tǒng)的故障，否則是燃油流量指示系統(tǒng)的故障,36,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,若所有的監(jiān)控參數(shù)偏差量發(fā)生相同方向的變化，則可能是EPR 指示系統(tǒng)的故障或是TAT指示系統(tǒng)的故障。 需查看安裝在同一架飛機上的其它發(fā)動機的監(jiān)控參數(shù)是否也都存在同樣的變化趨勢。如果也都存在同樣的變化趨勢，則為TAT 指示系統(tǒng)的故障，否則是EPR 指示系統(tǒng)的故障。,37,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,若監(jiān)控參數(shù)中有兩個或三個參數(shù)的偏差量發(fā)生變化，則可能是發(fā)動機氣路中某一單元體或子系統(tǒng)有故障，可用“指印圖法”去查找故障。,38,監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集方法,若EGT 和FF 變化趨勢相反，可能是測量參數(shù)的指示系統(tǒng)有故障； 若EGT 和FF 同時增大，表明發(fā)動機性能衰退（壓氣機或渦輪）； 若N2 增大，