航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷技術(shù)論文

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文題目:航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷技術(shù)沈陽航空航天大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院系 別: 專 業(yè): 班 級: 姓 名: 指導(dǎo)教師:機(jī)電工程系飛行器動力工程2013年4 月29 日畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)書專業(yè)：飛行器動力工程 學(xué)生姓名: 班級： 指導(dǎo)教師： 一、題目航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷技術(shù)二、要求：1、字?jǐn)?shù) 8000-100002 、內(nèi)容完整，論述清晰、圖表規(guī)范3 、論文內(nèi)容不能涉密三、進(jìn)度計(jì)劃要求：1、了解畢業(yè)設(shè)計(jì)要求、調(diào)查研究，收集相關(guān)資料、2、確定畢業(yè)設(shè)計(jì)課題3、撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文提綱4、編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)草稿5、整理畢業(yè)設(shè)計(jì)論文6、審定畢業(yè)設(shè)計(jì)論文7、答辯1.0周（第1周進(jìn)行）1.0周（第2周進(jìn)

2、行）1.0周（第3周進(jìn)行）2.0周（第4-5周進(jìn)行）2.0周（第6-7周進(jìn)行）2.0周（第8-9周進(jìn)行）10周五、畢業(yè)設(shè)計(jì)時間:2013年2月27日 2013年4月29日附件:按照傳統(tǒng)時間表的維護(hù)系統(tǒng)是耗錢、耗力的，并且只能給出不全面的對發(fā)動 機(jī)故障的檢測和診斷?，F(xiàn)代飛機(jī)發(fā)動機(jī)的監(jiān)控和診斷系統(tǒng)具有讓維護(hù)人員獲得關(guān) 于探測和診斷發(fā)動機(jī)故障的有價值信息的能力。在本文中，討論現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī) 監(jiān)控系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)的組成，功能，以及相關(guān)的監(jiān)控和分析參數(shù)。討論的航 空發(fā)動機(jī)滑油分析系統(tǒng)的原理與構(gòu)成。最后，通過CFM56-3C骨油碎屑分析作為實(shí)例，闡述了發(fā)動機(jī)滑油分析的具體步驟和結(jié)論，為發(fā)動機(jī)的監(jiān)控趨勢分

3、析提供了 理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機(jī)；狀態(tài)監(jiān)控；故障診斷；滑油分析第一章引言11.1先進(jìn)發(fā)動機(jī)的可靠性技術(shù) 11.2現(xiàn)代發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷技術(shù) 1第二章狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng) 42.1狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)組成 42.1.1 系統(tǒng)組成 42.1.2 系統(tǒng)過程 42.2 系統(tǒng)功能和效益 6發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)功能 6發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)效益 72.3狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷方法 92.4 先進(jìn)發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷系統(tǒng) W2.4.1 監(jiān)控參數(shù) 10系統(tǒng)功能和特點(diǎn) 112.5 發(fā)展前景 13第三章滑油系統(tǒng)監(jiān)視與分析 153.1概述153.1.1 系統(tǒng)組成 15監(jiān)控內(nèi)容 163.

4、2滑油屑末分析 173.2.1 屑末的收集 18屑末分析 183.3 滑油光譜分析 193.3.1 滑油光譜分析原理 193.3.2 取樣及分析 203.4滑油鐵譜分析 203.4.1 工作原理 21342 取樣及分析 213.5三種技術(shù)的比較 22第四章CFM56-3C發(fā)動機(jī)滑油碎屑分析 234.1 概述234.2 實(shí)驗(yàn)分析 234.2.1 體視顯微鏡觀察 23掃描電鏡觀察及能譜分析 234.3結(jié)論 28第五章總結(jié)29參考文獻(xiàn) 30致 謝31第一章引言1.1先進(jìn)發(fā)動機(jī)的可靠性技術(shù)高性能飛機(jī)用的航空發(fā)動機(jī)不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且工作在高溫、大壓力的苛刻條 件下。軍用戰(zhàn)斗機(jī)、直升機(jī)、垂直起落飛機(jī)的發(fā)動機(jī)

5、還需經(jīng)常變換發(fā)動機(jī)的工作 狀況，承受大的、變化的載荷。從發(fā)動機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀看，無論設(shè)計(jì)、材料和工藝水 平，抑或使用、維護(hù)和管理水平，都不可能完全保證其使用中的可靠性。 事實(shí)上， 發(fā)動機(jī)故障在飛機(jī)飛行故障中占有相當(dāng)大的比例，且常常因發(fā)動機(jī)的故障導(dǎo)致飛 行中的災(zāi)難性事故。隨著航空科學(xué)技術(shù)的發(fā)展并總結(jié)航空發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)、研制和使用中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)， 航空發(fā)動機(jī)的可靠性和結(jié)構(gòu)完整性已愈來愈受到關(guān)注。自70年代初期即逐步明確航空發(fā)動機(jī)的發(fā)展應(yīng)全面滿足適用性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性的要求，也就是在保證達(dá) 到發(fā)動機(jī)性能要求的同時，必須滿足發(fā)動機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性（維修必和耐久性） 的要求?？煽啃怨ぷ鲬?yīng)貫穿在發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)-生產(chǎn)-使用

6、-維護(hù)全過程的始終。對新研制的 發(fā)動機(jī)，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段就同時進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和預(yù)估；對在役的發(fā)動機(jī)， 應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行可靠性評估、監(jiān)視和維護(hù)。軍機(jī)和民用飛機(jī)的主管部門，設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、 使用和維護(hù)等各部門，應(yīng)形成有機(jī)的、閉環(huán)式的可靠性管理體制，共同促進(jìn)航空 發(fā)動機(jī)可靠性的完善和提高。1.2現(xiàn)代發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷技術(shù)航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷技術(shù)對監(jiān)視、評定發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)、變化 趨勢以及壽命消耗和殘余壽命，保證發(fā)動機(jī)安全、可靠運(yùn)行有著重要的作用，應(yīng) 該將其視為航空發(fā)動機(jī)可靠性工作的一個重要組成部分。從發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)伊始就應(yīng) 同時考慮這一手段，做到監(jiān)視系統(tǒng)的發(fā)展與新機(jī)的發(fā)展同步；在購置新機(jī)時也應(yīng) 同

7、時明確提出對監(jiān)視系統(tǒng)的選擇。為保證發(fā)動機(jī)在高性能水平下安全工作并降低直接使用成本，發(fā)動機(jī)維修技 術(shù)中的一個重大變革就是從定期維修轉(zhuǎn)變?yōu)橐暻榫S修。眾所周知，發(fā)動機(jī)的狀態(tài) 監(jiān)視與故障診斷技術(shù)和發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)單元體設(shè)計(jì)技術(shù)正是實(shí)現(xiàn)這一重要變革的前提 和基礎(chǔ)。正因如此，航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷技術(shù)已愈來愈受到世界各航空公 司機(jī)制造廠的重視，而將其作為提高發(fā)動機(jī)運(yùn)行可靠性、降低直接使用成本的重 要手段。自70年代前期，國外一些先進(jìn)的民用和軍用航空公司即著手研究和裝備 發(fā)動機(jī)的狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷系統(tǒng)。電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，大大促 進(jìn)了航空發(fā)動機(jī)的狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷技術(shù)的發(fā)展。至今，監(jiān)視與診斷技術(shù)

8、作為 一項(xiàng)綜合技術(shù)，已發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科，其應(yīng)用已日趨廣泛和完善。民航適航條例規(guī)定了發(fā)動機(jī)必須有 15個以上的監(jiān)視參數(shù)。實(shí)際上用于 B747、 B767、A310等飛機(jī)上的發(fā)動機(jī)，其監(jiān)視參數(shù)已大大超過了15個，而且均已裝備了完整的發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)。如美國普惠（P&W公司1970年發(fā)展了 ECM係統(tǒng)，1977年發(fā)展了 TEM係統(tǒng)，1981年發(fā)展了 TEAMII系統(tǒng)，1982年發(fā)展 了 ECMII系統(tǒng)，至V 1983年又發(fā)展了 TEAMIII系統(tǒng)，由有限監(jiān)視到擴(kuò)展監(jiān)視，逐步 完善。又如美國通用電氣（GE公司1985年開始發(fā)展ADEPT系統(tǒng)，到1994年已 從6.1版本發(fā)展到

9、10.1版本。從收集到的美國海軍和空軍、 英國空軍、加拿大空軍以及俄國蘇-27飛機(jī)發(fā)動 機(jī)等典型系統(tǒng)的資料，經(jīng)整理和分析，可以看出，國外軍用發(fā)動機(jī)，包括戰(zhàn)斗機(jī)、 運(yùn)輸機(jī)、直升機(jī)等，大都采用了發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)。如1969年開始研制的渦軸發(fā)動機(jī)T700-GE-700和T700-GE-701的狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)CMS 1970年開 始研制的TF41-A-2發(fā)動機(jī)的飛行中狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)IECMS在批生產(chǎn)時改為發(fā)動機(jī) 監(jiān)視系統(tǒng)EMS 1979年開始為F404-GE-400發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)的IECMS是一個實(shí)時發(fā)動 機(jī)監(jiān)視和壽命跟蹤系統(tǒng)，已安裝在所有批生產(chǎn)和試驗(yàn)飛機(jī)上；英國于 1975年開始 發(fā)展了發(fā)動機(jī)使

10、用情況監(jiān)視系統(tǒng) EUM舔口低循環(huán)疲勞計(jì)數(shù)器LCFC 80年代又綜合 了兩者的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展了機(jī)群退用的單元體診斷系統(tǒng)，1982年開始發(fā)展F100-PW-200 的EMS系統(tǒng)，1985年首套生產(chǎn)型交付，1987年飛機(jī)綜合和后勤數(shù)據(jù)庫兼容，系統(tǒng) 繼續(xù)擴(kuò)大和改進(jìn)；美國空軍的 ECM設(shè)計(jì)成可管理所有類型的軍用發(fā)動機(jī)，其擴(kuò)展 型EC冊和ED&T增加了發(fā)動機(jī)參數(shù)趨勢分析，向世界各地100個空軍基地提供發(fā) 動機(jī)診斷和趨勢分析功能軟件；美空軍認(rèn)為各公司發(fā)展不同的系統(tǒng)，會導(dǎo)致監(jiān)視 設(shè)備增加和成本增加，于是統(tǒng)一發(fā)展了基地用的空軍發(fā)動機(jī)診斷和趨勢分析網(wǎng)； 為了幫助查找故障，近年還發(fā)展了發(fā)動機(jī)故障診斷的專家系統(tǒng)，

11、 如XMAF和JET-X; 俄國的蘇-27飛機(jī)上也發(fā)展了發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)。為了指導(dǎo)航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、使用和維修，美國自 動車工程協(xié)會（SAE E-32航空燃?xì)鉁u輪監(jiān)視委員會研究并頒布了一系列指南，包 括航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)指南、有限監(jiān)視系統(tǒng)指南、滑油系統(tǒng)監(jiān)視指南、 振動監(jiān)視系統(tǒng)指南、使用壽命監(jiān)視及零件管理指南等，這對航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視 與故障診斷工作的開展起了很好的指導(dǎo)和促進(jìn)作用。我國有關(guān)民用航空公司和院校分別對 B747、B767/JT9D A310/CF6; B737/CFM56等飛機(jī)和發(fā)動機(jī)開展了發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷的研究工作并已初見成效。對 于新研制的

12、高性能發(fā)動機(jī)，已將實(shí)施狀態(tài)監(jiān)視列為重要的技、戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)，因此， 正較全面地開展這方面的研究工作。 但總的看來，國內(nèi)該項(xiàng)工作開展得還很不夠， 急待有計(jì)劃、有步驟地借鑒國外的成功經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展并推廣我們自己的狀態(tài)監(jiān)視與 故障診斷技術(shù)，以適應(yīng)飛機(jī)和發(fā)展的需要。第二章狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)2.1狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成圖2-1所示是典型的發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)通常由機(jī) 載設(shè)備和地面設(shè)備包括各自的硬件和軟件系統(tǒng)組成。機(jī)載設(shè)備一般包括測量壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、振動等各種參數(shù)的傳感器、信號 調(diào)節(jié)器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸和記錄裝置、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及告警、簡單打 印處理裝置等。常用的系統(tǒng)有如

13、飛機(jī)綜合數(shù)據(jù)系統(tǒng)（AIDS）、發(fā)動機(jī)指示和機(jī)組告警系統(tǒng)（AVMS等。地面沒備主要由傳輸設(shè)備、譯碼或數(shù)據(jù)處理設(shè)備，地面維修站、計(jì)算中心以 及相應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷的軟件系統(tǒng)構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將傳感器感受到的信號按規(guī)定順序和時間采集并傳送給機(jī)載記 錄裝置，其中一部分參數(shù)可在飛機(jī)上進(jìn)行簡單處理。當(dāng)出現(xiàn)故障時，可將故障顯 示給駕駛員或用燈光或音響告警。全部記錄的信息將在地面站的中心計(jì)算機(jī)上進(jìn) 一步細(xì)致地處理。在地面站，通過專門的數(shù)據(jù)傳輸裝置和接口，輸入到中心汁算 機(jī)，可以采用手工方式、計(jì)算機(jī)輔助方式或自動方式，并調(diào)用狀態(tài)監(jiān)視與故障診 斷軟件系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后輸出發(fā)動機(jī)技術(shù)報告、趨勢圖、快速故

14、障顯 示并進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮、存貯，提出維修建議等。系統(tǒng)過程早期的數(shù)據(jù)采集和處理是靠機(jī)組人員記錄和計(jì)算器計(jì)算分析，后來發(fā)展為機(jī)載記錄和地面中心計(jì)算機(jī)處理：最新的發(fā)展由機(jī)載計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)做初步處理，在駕駛艙實(shí)時地給出故障告警，必要時打印發(fā)動機(jī)各種有關(guān)報告，同時還發(fā)展了空地?zé)o線電通訊系統(tǒng)(Data link)，將飛行實(shí)測數(shù)據(jù)直接傳輸給地面維修站的計(jì)算中 心，實(shí)時地進(jìn)行全面深入的數(shù)據(jù)分析，分析結(jié)果直接反饋給機(jī)組人員，對必須做 的維修工作，及時通知飛機(jī)目的港，做好一切準(zhǔn)備。從而大大減少飛機(jī)在地面停 留時間，減少航班延誤率。未來的發(fā)展，將采用衛(wèi)星通訊技術(shù)，使得飛機(jī)在世界 任何地方都可以和維修基地交換信息。監(jiān)地#

15、和快遇存瑜記妙器 (世強(qiáng)記玳45小時、*趙購女飛機(jī)熬-11 i討試車'世血機(jī)技術(shù)弒慰淳嗟嫌占報色 -注檔鶴栩井暢授匸耗動處折抑吿淆龍昏5$眾分析扯書*幄用閘倩IS倩E行tt襤記朵孫 CM>T>I "尙1耿障圖2-1發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)2.2系統(tǒng)功能和效益發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)功能發(fā)動機(jī)監(jiān)視可分為短期、中期和長期三種類型。短期監(jiān)視是對一個起落或地 面試車數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)動機(jī)參數(shù)超限時應(yīng)及時向駕駛員告警，并記錄事件歷程 中的有關(guān)參數(shù)，通過維修面板提示給地勤人員。中期監(jiān)視是對一段時間內(nèi)發(fā)動機(jī) 參數(shù)狀態(tài)的變化進(jìn)行監(jiān)視，包括事件分析、調(diào)整狀態(tài)、氣路性能分析、趨

16、勢分析、 附件監(jiān)視，無損檢驗(yàn)和試驗(yàn)等。長期監(jiān)視能給出發(fā)動機(jī)性能衰退和壽命消耗情況， 對監(jiān)視系統(tǒng)的軟件和硬件進(jìn)行自標(biāo)定和自檢、數(shù)據(jù)反饋給制造和設(shè)計(jì)部門，一個 完整的、先進(jìn)的發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)主要應(yīng)具備以下幾方面的功能；監(jiān)視發(fā)動機(jī)的使用，評定發(fā)動機(jī)工作完好狀況；監(jiān)視發(fā)動機(jī)狀態(tài)的變化趨勢，趨勢分析和趨勢預(yù)報；探測和隔離發(fā)動機(jī)故障并驗(yàn)證排故情況；評定發(fā)動機(jī)性能衰退程度；確定發(fā)動機(jī)限制壽命零件的壽命消耗和剩余壽命；改進(jìn)發(fā)動機(jī)的調(diào)整和修正過程；提出維修建議和決策；支持發(fā)動機(jī)管理和后勤決策。* EMS時吠豈廿険T帝釘聞圖2-2帶或者不帶EMS發(fā)動機(jī)的壽命跟蹤圖2-2所示為發(fā)動機(jī)帶或不帶發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)

17、視系統(tǒng)情況下發(fā)動機(jī)的壽命趨勢， 顯然，采用了發(fā)動機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)（EMS），既可避免潛在的危險，提高安全性，又可延 長發(fā)動機(jī)的使用窄命。發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷軟件系統(tǒng)的功能一般分為兩個水平等級，第一級 為有限監(jiān)視系統(tǒng)，用以監(jiān)視發(fā)動機(jī)健康狀況，如普惠公司發(fā)展的ECM和通用電氣公司發(fā)展的ADEPT系統(tǒng)，我國民航已使用這兩種軟件系統(tǒng)。第二級為擴(kuò)展的監(jiān)視 系統(tǒng)，主要是提高了診斷能力，可將故障準(zhǔn)確地隔離到發(fā)動機(jī)部件和子系統(tǒng)，定 量分析部件和發(fā)動機(jī)性能的衰退程度，如普惠公司的TEAMI、通用電氣公司的GEM和羅羅公司的COMPASS統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)不同水平的功能要求，監(jiān)視系統(tǒng)的測量 參數(shù)和輸出報告內(nèi)容有很大差別。對

18、于第二級擴(kuò)展水平的監(jiān)視系統(tǒng)，一般要求系 統(tǒng)有更多的測量參數(shù)，主要是增加發(fā)動機(jī)氣路中的總壓和總溫以及可調(diào)幾何位置 的測量，其輸出內(nèi)容，不僅能給出測量參數(shù)趨勢圖，而且能指出傳感器故障并能 反映氣路部件效率、流通能力變化的特征參數(shù)趨勢圖，從這種圖上可明顯看出有 故障的部件。國內(nèi)有關(guān)民航公司和院校近年來發(fā)展了一種新的發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視與 故障診斷軟件系統(tǒng)EMD利用有限監(jiān)視系統(tǒng)的測量參數(shù)，達(dá)到故障診斷，把故障隔 離到單元體和子系統(tǒng)的功能。發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)效益發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)從理論分析和使用實(shí)踐兩方面均充分證明具 有良好效果，可產(chǎn)生顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，主要體現(xiàn)在：提高安全可靠性，

19、避免重大飛行事故，降低空中停車率；降低直接使用成本：a.延長零部件壽命，減少或避免二次損失：b 采用2人機(jī)組，減少空勤人員；c.減少維修工時（包括修理、隔離、調(diào)整、試車等）；d 有計(jì)劃進(jìn)行維修，合理利用人力、設(shè)備；e.節(jié)省試車耗油，降低空中油耗；f 節(jié)省備件的儲備量和運(yùn)輸費(fèi)用；g 減少延誤和停飛。-提高信譽(yù)降低地面污染LMS >1斜科貫記水忑許"人匚補(bǔ)仔勺忻坊和睛劇"飛巧中性祎詐新.圖2-3 EMS組成與償還投資的關(guān)系眄何圖2-4典型的EMS成本效益分析圖2-3和圖2-4分別示出發(fā)動機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)(EMS)組成與償還投資的關(guān)系和典型 的發(fā)動機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)(EMS)成本效益分析

20、。由圖2-3可以看出，監(jiān)視、診斷系統(tǒng)組成 越復(fù)雜，功能越齊全，其投資成本則越高，而所得到的飛機(jī)和發(fā)動機(jī)的壽命循環(huán) 成本的效益并不是單調(diào)增加，其結(jié)果，如果僅著眼經(jīng)濟(jì)效益，則有可能得不償失。 因此，選用或者發(fā)展一個狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷系統(tǒng)，應(yīng)該考慮系統(tǒng)的有效性和成 本兩個方面，進(jìn)行綜合權(quán)衡。2.3狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷方法發(fā)動機(jī)的故障大多是逐漸發(fā)展的，發(fā)展過程中有很多征兆，因此是可以監(jiān)視 和診斷的。例如，壓氣機(jī)葉片的機(jī)械浸蝕，雖不易直接從幾何尺寸上進(jìn)行監(jiān)測， 但它卻影響壓氣機(jī)的效率。開始效率下降，等浸蝕嚴(yán)重時才可能引起壓機(jī)喘振或 葉片斷裂。只有對發(fā)動機(jī)易出現(xiàn)的故障，故障發(fā)生時的特征及其發(fā)展有深刻的了 解

21、，才可能設(shè)計(jì)出有效的狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和診斷。大涵道比渦扇發(fā)動機(jī)上的熱部件就其重量說約占發(fā)動機(jī)總重的20%，但由于熱部件故障多，其維修費(fèi)卻占總維修費(fèi)的60%這一類型發(fā)動機(jī)通常渦輪、燃燒室、 風(fēng)扇及壓氣機(jī)，擴(kuò)壓機(jī)匣等部件的故障占到整個發(fā)動機(jī)故障的90%左右，而這些部件的故障對發(fā)動機(jī)的可靠性影響也最大，因此對這些部件應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)視。對 于直升機(jī)的發(fā)動機(jī)，其動力傳輸系統(tǒng)十分重要，而傳輸系統(tǒng)中的齒輪，軸承及軸 的故障發(fā)生率較高，在監(jiān)視中也應(yīng)重點(diǎn)考慮。發(fā)動機(jī)的完好程度可用工作時間、低循環(huán)疲勞次數(shù)、高溫或超溫下工作時間、 振動幅值、部件效率和發(fā)動機(jī)性能、滑油中雜質(zhì)含量和氣流中金屬顆粒的含

22、量、 大小及分布等指標(biāo)來評定。概括起來，目前采用的發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷的手段有三類：第一類屬性能狀態(tài)監(jiān)視或稱為氣路參數(shù)分析（GPA）技術(shù)，包括對氣流通道的 壓力、溫度，燃油流量和轉(zhuǎn)速監(jiān)測；對發(fā)動機(jī)性能參數(shù)如推力或功率等參數(shù)的監(jiān) 測。第二類屬機(jī)械狀態(tài)監(jiān)視。常用的手段有：振動監(jiān)視；滑油監(jiān)視（包括滑油壓力、 滑油溫度，滑油消耗量、滑油屑末收集、滑油光譜分析，滑油鐵譜分析等）；低循環(huán)疲勞和熱疲勞監(jiān)視（低循環(huán)疲勞計(jì)數(shù)、渦輪葉片溫度場監(jiān)測）。此外，還有葉片 動應(yīng)力監(jiān)測、聲譜監(jiān)測等。第三類屬無損探測類，一般只作地面檢測用。常用的手段有：孔探儀檢測； 渦流檢測；同位素照相檢查；超聲波檢查；磁力探傷；聲發(fā)射

23、探測；X射線照相檢查；熒光檢查；著色檢查，液體滲透檢查等。其中，孔探儀檢測在發(fā)動機(jī)地面檢 查時用得最多。作為發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷系統(tǒng)，機(jī)載與地面結(jié)合、硬件與軟件配套使用的常用手段主要是氣路分析技術(shù)、振動監(jiān)視技術(shù)和滑油監(jiān)視技術(shù)。軍用飛機(jī)和 直升機(jī)則將發(fā)動機(jī)使用壽命監(jiān)視作為主要監(jiān)視手段之一。經(jīng)驗(yàn)證明，往往同一個 監(jiān)視參數(shù)可以反映多種故障；同-種故障也可以用多個監(jiān)視參數(shù)監(jiān)測。如何利用有 限的監(jiān)測參數(shù)達(dá)到滿意的監(jiān)視和診斷效果乃是該學(xué)科所面臨的任務(wù)和方向。這就 要求：一方面，應(yīng)該綜合地使用上述手段，充分發(fā)揮各自的適用范圍和優(yōu)勢，以 達(dá)到對發(fā)動機(jī)健康狀態(tài)的全面監(jiān)視并準(zhǔn)確地進(jìn)行故障隔離；另-方面，應(yīng)該大

24、力研究和發(fā)展各種有效的故障診斷方法。目前常用的診斷方法有直接對比法、趨勢分 析以及參數(shù)分析方法等。需要指出，氣路參數(shù)分析技術(shù)在發(fā)動機(jī)故障診斷技術(shù)中占有重要的地位。發(fā) 動機(jī)氣路上的氣動熱力參數(shù)可以用能量守恒、流量連續(xù)、動量守恒等關(guān)系嚴(yán)格地 以數(shù)學(xué)表達(dá)式聯(lián)系起來，也就是可以建立待診斷的發(fā)動機(jī)的數(shù)學(xué)模型（認(rèn)為是線性模型），確定測量參數(shù)隨單元體幾何參數(shù)，工作狀態(tài)以及性能參數(shù)的變化關(guān)系。這 樣，已知測量參數(shù)，利用數(shù)學(xué)模型即可求解單元體性能參數(shù)變化，再通過與無故 障單元體的性能對比，即可診斷單元體的損傷或故障。時間序列分析法是另一種參數(shù)模型分析法，它是對有序的動態(tài)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行 處理和分析的一種有效方法。基

25、于動態(tài)測量數(shù)據(jù)（包括氣動熱力參數(shù)、性能參數(shù)、振動參數(shù)、滑油參數(shù)等）的有序性和時間相關(guān)性，建立時間序列模型 （自回歸滑動 平均模型或自回歸模型），進(jìn)而形成模式向量，計(jì)算統(tǒng)計(jì)特性，提取特征向量，構(gòu) 造判別函數(shù)（與無故障或一些典型故障特征對比）即可進(jìn)行故障診斷。同時，利用 時序模型還可進(jìn)行線性最小方差意義下的趨勢預(yù)報。該種方法的應(yīng)用還有待進(jìn)一 步研究和發(fā)展。2.4先進(jìn)發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷系統(tǒng)241監(jiān)控參數(shù)現(xiàn)在發(fā)展了一種新的發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷系統(tǒng) EMD（E ngin eMo nitori ng and Diag no sis）,利用有限監(jiān)視系統(tǒng)的測量參數(shù),達(dá)到了故障診斷,把故障隔離到單 元

26、體和子系統(tǒng)的功能。EMD在北京飛機(jī)維修工程公司（AMECO和東方航空公司（EAL） 試用成功,對B767、B747、A310共13架大型客機(jī)的40臺發(fā)動機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視和 故障診斷，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。242系統(tǒng)功能和特點(diǎn)整個系統(tǒng)由人員、設(shè)備和軟件組成。所發(fā)展的EMD軟件系統(tǒng)在地面站的微機(jī)上運(yùn)行，輸出指示發(fā)動機(jī)健康狀況和故障診斷結(jié)果的各種報告（見表2-2）,提供給維修工程師，作為發(fā)動機(jī)檢查和采取維修措施的重要依據(jù)。為適應(yīng)AMEC和 EAL的機(jī)群和開發(fā)環(huán)境的不同要求，以相同的監(jiān)視和故障診斷 技術(shù)為基礎(chǔ)，分別建立了不同的系統(tǒng)，如圖1。它們都利用了飛機(jī)上現(xiàn)有的測量參數(shù) 即有限監(jiān)視系統(tǒng)ECMI或ADEP

27、T勺測量參數(shù)（見表2-1）,經(jīng)過ECMI或ADEPT系統(tǒng)的 運(yùn)行將其輸出數(shù)據(jù)作為EMD系統(tǒng)的輸入。EMD系統(tǒng)發(fā)展了 ECMI或ADEPTS統(tǒng)所不 具備的下述新功能（圖1虛線框所示）:（1）發(fā)動機(jī)健康檢查。（2）發(fā)動機(jī)氣路故障診 斷,EMD系統(tǒng)可診斷28種氣路故障,包括測量參數(shù)N1、N2、EGT FF、EPR TAT等 指示系統(tǒng)故障，風(fēng)扇、壓氣機(jī)、渦輪、噴管故障，以及引氣、可調(diào)靜子葉片系統(tǒng)故 障等。（3）根據(jù)健康檢查和故障診斷結(jié)果、振動和滑油參數(shù)的變化趨勢，分3級（正常,監(jiān)視使用，故障）綜合評定發(fā)動機(jī)技術(shù)狀態(tài)，對于監(jiān)視使用和故障的發(fā)動機(jī)給出 故障代碼。（4）預(yù)測未來5個航班的氣路和振動測量參數(shù)偏

28、差值。（5）利用起飛數(shù) 據(jù)監(jiān)視起飛排氣裕度EGTM（EA用）。表2-1 典型系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)測量參數(shù)監(jiān)視參數(shù)ECM2 ADEPT TEAM3 GEM ACMS低，高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N1, N2*燃油流量FF,油門角度PLA發(fā)動機(jī)壓比EPR進(jìn)氣總溫TAT，排氣總溫 EGT進(jìn)氣總壓，低壓渦輪出口總壓風(fēng)扇出口靜壓，高壓渦輪出口總壓低壓壓氣機(jī)出口總壓，總溫高壓壓氣機(jī)出口靜壓，總溫高壓渦輪出口總溫風(fēng)扇振動，高壓壓氣機(jī)振動高，低壓渦輪振動，點(diǎn)火信息滑油壓力，滑油溫度反推裝置，高，低壓渦輪機(jī)匣冷卻活門位置可調(diào)放氣活門位置可調(diào)靜子葉片角度表2-2 典型系統(tǒng)的輸岀報告比較（按內(nèi)容）報告內(nèi)容ADEPTECM2TEAM3EM

29、D飛機(jī)/發(fā)動機(jī)安裝，維修處理，飛行數(shù)據(jù)報告*測量參數(shù)，壓縮的測量參數(shù)趨勢圖*快速對比報告*起飛OATL計(jì)算，OATL報警報告*起飛EGTM計(jì)算和報警，飛行數(shù)據(jù)有效性檢查報告*特征參數(shù)趨勢圖*超限報告，傳感器故障報告*參數(shù)預(yù)測，發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷綜合報告*機(jī)徹記晟界/測參毗宦殊昶昨吧oail m 告i.mo圖2-5狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷系統(tǒng)功能(東方航空公司)(EAL用)tGTM討算一収HM推吿系統(tǒng)特點(diǎn)為:(1)充分利用我國已使用的國外監(jiān)視系統(tǒng)的信息資源。(2)在較少測量參數(shù)條件下，發(fā)展了故障診斷，發(fā)動機(jī)技術(shù)狀態(tài)綜合評價和參數(shù)預(yù)測技術(shù)，可將故障隔離到指示系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)氣路部件和子系統(tǒng)。(3)利用

30、主因子模型進(jìn)行故障 診斷,可有效地利用3至4個氣路測量參數(shù)對眾多氣路故障進(jìn)行診斷，是故障診斷 方法的新進(jìn)展。(4)建成了由機(jī)載數(shù)據(jù)采集、譯碼、數(shù)據(jù)處理和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流程，為在微機(jī)上進(jìn)行發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷計(jì)算提供了可靠、準(zhǔn)確的飛行數(shù)據(jù)。 (5)EMD采用模塊結(jié)構(gòu)、各功能塊均可單獨(dú)運(yùn)行，使系統(tǒng)易于修改和擴(kuò)充；EM有友 好的用戶接口，操作方便。2.5發(fā)展前景實(shí)踐證明，航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷技術(shù)是有生命力的。當(dāng)前和未來的發(fā)展可歸結(jié)為以下幾方面：功能不斷提高，提高診斷精度，減少誤診率。為此，應(yīng)該增加測量參數(shù)， 故障隔離到單元體，改進(jìn)測試儀器，發(fā)展數(shù)據(jù)處理方法以及各種診斷算法；發(fā)展 某些常見故障

31、的特殊診斷方法。軟件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化，降低成本，方便使用?？煞殖蓸?biāo)準(zhǔn)通用模塊和專用模塊， 互相嵌套。通用模塊采用標(biāo)準(zhǔn)輸入、輸出格式和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理方法；專用模塊則 是因發(fā)動機(jī)而異的分析模塊。監(jiān)測和診斷系統(tǒng)與發(fā)動機(jī)全自動數(shù)字電子控制系統(tǒng)進(jìn)行一體化綜合設(shè)計(jì)， 發(fā)展綜合程度更高的測量儀器以供兩個系統(tǒng)共同使用，并使發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)能對 發(fā)動機(jī)故障作出及時響應(yīng)。發(fā)展綜合診斷技術(shù)，即將目前各種有效的診斷方法，如氣路分析、振動監(jiān) 視、滑油監(jiān)視等方法綜合在一起，給出綜合的判據(jù)，更加完善診斷功能，提高診 斷精度。進(jìn)一步，可結(jié)合設(shè)計(jì)人員、生產(chǎn)和維修人員的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展發(fā)動機(jī)故障診 斷和維修的專家系統(tǒng)。發(fā)展發(fā)動機(jī)使用壽命監(jiān)視技術(shù)

32、。準(zhǔn)確預(yù)估發(fā)動機(jī)初始安全壽命和監(jiān)測發(fā)動 機(jī)的壽命消耗，建立發(fā)動機(jī)零件數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。進(jìn)一步提高診斷的實(shí)時性?？偟膽?yīng)該采用更先進(jìn)的硬件系統(tǒng)，如采用無線 電通訊系統(tǒng)，通過空中和地面數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸來提高監(jiān)視和診斷的實(shí)時性。又如,采用機(jī)械高速微處理機(jī)和高密度存貯器，以擴(kuò)大機(jī)上數(shù)據(jù)處理能力，提高診斷的 實(shí)時性。第三章滑油系統(tǒng)監(jiān)視與分析滑油系統(tǒng)監(jiān)視與分析是預(yù)報與監(jiān)控航空發(fā)動機(jī)健康狀態(tài)的有效手段，是保證飛行安全的重要措施之一，是開展視情維修的重要保證。由于該技術(shù)的 應(yīng)用具有較大的安全和經(jīng)濟(jì)意義，已受到航空行業(yè)的高度重視。3.1概述系統(tǒng)組成滑油系統(tǒng)主要由供油子系統(tǒng)、回油子系統(tǒng)和通氣子系統(tǒng)三個部分組成。 滑油系

33、統(tǒng)的功用是向軸承、齒輪的工作表面輸送滑油，帶走由于高速轉(zhuǎn)動所 產(chǎn)生的摩擦熱以及周圍高溫零件傳來的熱量，以維持軸承、齒輪的正常溫度 狀態(tài)，并在軸承的滾道與滾子間、相嚙合的齒面間形成連續(xù)的油膜起到潤滑 的作用；另外，還可利用滑油系統(tǒng)具有一定壓力的滑油，作為某些液壓裝置（如擠壓油膜軸承等）和操縱機(jī)構(gòu)（如作動筒）的工質(zhì)。在采用滑油一燃油散熱器時，滑油的熱量還能對燃油加溫，能改善燃油系統(tǒng)的高空性能。根據(jù)其 功能不難看出，滑油系統(tǒng)工作的可靠性嚴(yán)重地影響著整個發(fā)動機(jī)工作的可靠 性。一方面，滑油系統(tǒng)影響面較大，出故障后，如處理不當(dāng)，會引起大的事 故；另一方面，滑油系統(tǒng)出故障的機(jī)率也較大。如RB211發(fā)動機(jī)19

34、81年連續(xù)發(fā)生3起風(fēng)扇部件甩出的嚴(yán)重事故，其原因是由于風(fēng)扇前軸承供滑油不足所 致；JT8D發(fā)動機(jī)4、5號軸承腔的通氣管路曾發(fā)生過堵塞故障，結(jié)果引起油腔 通氣壓力過高，造成滑油溫度增高，油腔燃燒，而最終導(dǎo)致發(fā)動機(jī)失火。據(jù) 統(tǒng)計(jì)，我國空軍1985年發(fā)動機(jī)空中停車事故中，由于發(fā)動機(jī)滑油系統(tǒng)引起的 占43%;美國空軍的TF34發(fā)動機(jī)，1983年發(fā)生的90次事故中，滑油系統(tǒng)故障 有26次，占28%; JT9D發(fā)動機(jī)70年代提前換發(fā)的原因中，有16%屬滑油系統(tǒng)和軸承故障。.正因?yàn)榛拖到y(tǒng)對發(fā)動機(jī)可靠性的影響至關(guān)重要，故有必要采取某些專門的手段進(jìn)行滑油系統(tǒng)的監(jiān)視與故障診斷，并與氣路分析技術(shù)、振動監(jiān)視技 術(shù)等

35、配合，共同實(shí)現(xiàn)和完善發(fā)動機(jī)的狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷，以保證發(fā)動機(jī)安 全可靠工作。滑油系統(tǒng)監(jiān)視與故障診斷的作用在于：一方面應(yīng)能監(jiān)視滑油系統(tǒng)本身，保證 其工作正常、可靠；另一方面需要通過對滑油系統(tǒng)的監(jiān)視實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)工作 進(jìn)行監(jiān)視與故障診斷?；拖到y(tǒng)本身常見的故障有：滑油消耗過大、漏油供油量不足、管路堵 塞、通氣系統(tǒng)堵塞、滑油泵不工作等。通常通過滑油溫度、滑油壓力、滑油 量等監(jiān)視參數(shù)來監(jiān)視滑油系統(tǒng)的工作。應(yīng)用屑末分析、滑油光譜和滑油鐵譜分析等手段，根據(jù)屑末的大小、含量、成分等可以監(jiān)視和判斷軸承、齒輪、封嚴(yán)裝置等發(fā)動機(jī)重要零、組件的 工作及潛在的故障。有時通過某些滑油系統(tǒng)監(jiān)視參數(shù)也能監(jiān)視上述零、組件 的工

36、作。經(jīng)驗(yàn)表明滑油溫度是很敏感的參數(shù)，滑油溫度過高，往往預(yù)示著軸 承（或齒輪）潛在的故障。又如滑油消耗量過大，有時可能是轉(zhuǎn)子不平衡引起 封嚴(yán)裝置失效的征兆。監(jiān)控內(nèi)容滑油監(jiān)視系統(tǒng)包括四個方面的內(nèi)容：滑油系統(tǒng)工作監(jiān)視； 滑油屑末監(jiān)視；滑油光譜分析與鐵譜分析；滑油狀態(tài)監(jiān)視。（一）滑油系統(tǒng)工作監(jiān)視利用滑油系統(tǒng)工作參數(shù)來監(jiān)視滑油系統(tǒng)本身，以保證其正常工作，同時 它也反映出發(fā)動機(jī)的健康狀況。監(jiān)視參數(shù)應(yīng)包括：滑油壓力、溫度、消耗量 和油濾旁路指示或滑油濾壓差。1 滑油壓力造成滑油壓力增高的原因可能有滑油噴嘴堵塞、油濾堵塞或調(diào)壓器工作 不正常，滑油泄漏、油管破裂、油泵故障、油面太低、調(diào)壓活門工作不正常 則可能造

37、成滑油壓力降低。滑油壓力由裝在潤滑系統(tǒng)高壓油路中的壓力傳感器進(jìn)行連續(xù)監(jiān)視，這些傳感器與飛機(jī)座艙的儀表相連，進(jìn)行座艙顯示，另一方面可進(jìn)行記錄并在超 限時告警，實(shí)現(xiàn)機(jī)載監(jiān)視。2 滑油溫度滑油溫度同其他滑油系統(tǒng)監(jiān)視參數(shù)一起，可指出發(fā)動機(jī)子系統(tǒng)的故障。 探測油溫的傳感器有兩種安裝位置，若安裝在回油端，則能檢測軸承的嚴(yán)重 損壞或熱端封嚴(yán)泄漏；若安裝在滑油散熱器的下游，當(dāng)散熱器堵塞時會導(dǎo)致 超溫指示。機(jī)載系統(tǒng)需監(jiān)視油溫超限。3 滑油量監(jiān)視監(jiān)視滑油量和滑油加油量可以得到有關(guān)滑油消耗量過高及滑油泄漏的 信息，或者得到由于燃油/滑油散熱器損壞而在滑油中出現(xiàn)燃油污染的信息。 為了在飛行前和飛行后檢查滑油量，應(yīng)在滑

38、油箱裝有觀測標(biāo)尺或簡單的深度尺。最好安裝油量傳感器，從而可在駕駛艙或在維修指示板上讀出。其計(jì)算 式為：平均滑油消耗量統(tǒng)計(jì)段內(nèi)滑油總補(bǔ)加量 統(tǒng)計(jì)段內(nèi)發(fā)動機(jī)工作時 數(shù)4油濾旁路指示器如果滑油濾堵塞會引起滑油供油不足，所以發(fā)動機(jī)的油濾應(yīng)設(shè)有旁路活門，使它們在壓差升高時能打開，這時通過機(jī)械式或電子式旁路指示器在外 部指示這種狀態(tài)。如果發(fā)動機(jī)是在油濾打開旁路的情況下工作，接觸滑油的 零組件可能被循環(huán)的屑末所損傷。以上這四個機(jī)上滑油系統(tǒng)工作監(jiān)視參數(shù)都是必須的，而在地面可用這四個監(jiān)視參數(shù)做趨勢分析，進(jìn)行長期監(jiān)視。3.2滑油屑末分析滑油除起潤滑和冷卻作用外，它還作為屑末的運(yùn)輸媒介。發(fā)動機(jī)滑油屑末監(jiān)視的最主要任

39、務(wù)就是及時發(fā)現(xiàn)由于滾動和滑動表面產(chǎn)生的磨損屑末，判斷摩擦件的健康狀態(tài)并避免造成嚴(yán)重的發(fā)動機(jī)二次損傷。屑末分析應(yīng)定期進(jìn)行，也可根據(jù)油濾堵塞指示、振動值以及光譜分析定 期分析結(jié)果，隨時進(jìn)行屑末分析。由磁性堵頭和粗、細(xì)油濾分別收集屑末，既使滑油過濾，使碎片不進(jìn)入 循環(huán)油路中而不致?lián)p壞油泵，又便于探測和隔離故障。通常屑末收集器用以 探測因零件疲勞損壞或沖擊掉塊而產(chǎn)生的金屬碎片或非金屬屑末。利用屑末收集和分析，能為盡早發(fā)現(xiàn)故障提供可靠信息，是一種簡便、有效的監(jiān)視和 診斷手段。321屑末的收集 磁性屑末收集器：可使用磁堵，裝在主油路或分開的回油路中，也可 裝在附件或傳動齒輪箱中，它的最佳安裝位置要滿足可達(dá)

40、性要求，在懷疑有 早期故障時，即可方便地進(jìn)行檢查。發(fā)動機(jī)磁性屑末收集器的檢查周期應(yīng)與 其已知的故障模式相對應(yīng)，可定為 25-50小時。磁性屑末收集器成本相對較低，為了隔離故障，發(fā)動機(jī)上可在不同部件 安裝數(shù)個磁堵。 電屑末探測器：在發(fā)動機(jī)上也可考慮選用電屑末探測器，它具有連續(xù) 電子顯示能力。 其工作原理是包括兩個電極和一個用于吸附磁性屑末的磁頭， 當(dāng)屑末積累得足夠多時，兩個電極連通。電屑末探測器的一個嚴(yán)重缺點(diǎn)是它 不能做趨勢分析，并且需要進(jìn)行大量研究與細(xì)微的調(diào)整以避免誤告警現(xiàn)象。屑末分析首先對屑末進(jìn)行分類。用磁鐵將屑末分成非磁性的及磁性的物質(zhì)，兩者 又可各分為金屬的及非金屬的，然后利用這四種屑末

41、的屬性判斷產(chǎn)生屑末的來源。在發(fā)動機(jī)維修手冊中給出典型屑末顆粒圖例，維修人員用收集到的屑 末從外觀上和含量上與圖例進(jìn)行比較，確定故障情況，做出維修決策。磁性 屑末監(jiān)視方法其最有效的顆粒分析范圍是50一 100卩mb3.3滑油光譜分析331滑油光譜分析原理滑油光譜分析主要對相互摩擦零件逐漸磨損產(chǎn)生的懸浮在滑油中的微小粉末 通過光譜分析確定各種元素在滑油中含量的變化來判斷零件的健康狀況。光譜分析的基本原理是利用不同金屬元素的外部電子轉(zhuǎn)變的能量變化不 同，使所吸收或發(fā)射的光波波長亦不同。通過光譜分析儀探測和測量不同的 波長以測定各種元素的含量。光譜分析的具體方法有原子發(fā)射光譜法、等離子發(fā)射光譜法和原子

42、吸收光譜法等。圖3-1示出原子發(fā)射光譜法的工作原理圖。高壓（15000伏）直流電弧激發(fā)滑油中各種金屬微粒汽化發(fā)光，通過窄縫后的光波經(jīng)光柵或棱鏡按波長分開，然后通過光電探測器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，?jīng)信號放大處理，由打印機(jī)打印 分析結(jié)果。根據(jù)光譜的波長確定金屬的種類；根據(jù)光譜的強(qiáng)度確定金屬的含 量。光譜分析可探測到的顆粒上限大約為10卩mt團(tuán)11-17債恤光詹幷析工作原理哥圖3 - 1滑油光譜分析工作原理圖332取樣及分析為了成功地將滑油光譜分析應(yīng)用于發(fā)動機(jī)滑油監(jiān)視系統(tǒng)，一個重要的要求是保持仔細(xì)的和始終如一的滑油取樣方式。油樣應(yīng)在發(fā)動機(jī)停車后的一個確定的時間和基本相同的位置抽取，取出的滑油樣品必須能代表循環(huán)

43、著的滑油，以使分析結(jié)果有效。取樣的間隔時間根據(jù)經(jīng)濟(jì)化、工作狀態(tài)及所監(jiān)視發(fā)動機(jī)的故障歷史情況確定。正常情況下，取樣時間可長一些，如200小時。有時，為了密切跟蹤發(fā)展趨勢，可短到每次飛行取樣一次。現(xiàn)代的光譜分析可提供至少 20種不同元素的分析能力， 但大多數(shù)的光譜 分析程序限定分析 6-9種常見元素。其中， Fe、Ti是監(jiān)視的主要元素； Cu、 Al、Ni、Zn、Cr、Ag是次重要元素。建議采取兩種監(jiān)視方法，一種是磨損金屬含量的限制值；另一是金屬含 量的趨勢分析。發(fā)現(xiàn)金屬含量明顯變化時，應(yīng)縮短取樣周期，觀察金屬含量 變化趨勢，通過趨勢監(jiān)視起到預(yù)報故障的作用。為便于分析SOAP勺結(jié)果，應(yīng)該了解發(fā)動機(jī)

44、的結(jié)構(gòu)，特別是與滑油接觸的 各零、組件的結(jié)構(gòu)，了解這些零、組件包含的主要零件材料所含的金屬元素 和非金屬元素。這樣就可利用已知的零件、材料、元素等資料，綜合考查、 研究，從而大致診斷出某些元素的出現(xiàn)或含量增多可能是哪類零件發(fā)生故障 所致。3.4滑油鐵譜分析3.4.1 工作原理滑油鐵譜分析由專門的鐵譜儀進(jìn)行，其基本原理是將滑油樣品中的磨損粒子磁性沉積到特制的玻璃基片上。油樣在一定時間內(nèi)加熱到一定溫度（如70 ° C），然后用力搖動，將一定容積（如3毫升）的油樣和一定容積（如l毫升）溶劑（如四氯乙烯）配成混合液，把這種混合液緩慢地注到玻璃基片上，如圖11-18所示。接著進(jìn)行溶劑洗滌和固著

45、，以除去殘存的潤滑油并將粒子牢固 地附著在基片上。所得到的滑板以及上面所附著的粒子統(tǒng)稱為鐵譜。通過計(jì) 量沿基片入口各個（如7個）位置處沉淀物的光密度 （復(fù)蓋面積的百分比）可確 定鐵譜上磨粒的總量；以各個（如7個）讀數(shù)的平均值來確定每塊基片的綜合鐵譜密度。342取樣及分析按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)收集油樣，為保證油樣質(zhì)量，所有的取樣工具和器皿必須保持清潔。鐵譜分析一般針對幾卩m到上百卩m勺大磨粒，這些磨粒生成后即很快沉淀，而過濾器優(yōu)先濾掉的也是大磨粒。此外，滑油流速、管壁等對大 磨粒的影響也較大。因此，確定合適的取樣位置與時間等十分重要。在制譜 前，有的要求對油樣進(jìn)行濃度稀釋，如用未使用過的新油所采集的油樣按

46、一 定比例稀釋；一般均要求對油樣進(jìn)行粘度稀釋，如規(guī)定用3毫升油樣加入I毫升溶劑（四氯乙烯）稀釋。鐵譜分析使用的二種基本分析技術(shù)是密度讀數(shù)和觀察分析。這二種分析技術(shù)均使用顯微鏡技術(shù)評定鐵譜片， 磁鐵質(zhì)微粒分布在鐵譜片上，微粒尺寸和磁 場強(qiáng)度決定了沉淀在譜片上的每個微粒的位置。微粒的密度讀數(shù)是基于被微粒沉淀物遮蓋的光占的百分比。單位面積譜片上的微 粒越多，光遮蓋的百分比數(shù)值越高，密度讀數(shù)也越高。密度讀數(shù)和位置間的關(guān)系 給出了一個代表滑油系統(tǒng)中磨損發(fā)生程度的數(shù)據(jù)。通常，產(chǎn)生大微粒的系統(tǒng)比產(chǎn) 生小微粒的系統(tǒng)的磨損狀態(tài)要嚴(yán)重。觀察分析通常用雙色顯微鏡進(jìn)行。可確定微 粒的形狀、大小、顏色以及定性地確定其分

47、布?？商峁┯嘘P(guān)微粒的起源以及磨粒 磨損形式的信息。觀察分析很大程度取決于技術(shù)人員的培訓(xùn)水平和經(jīng)驗(yàn)。除雙色 顯微鏡外，也有的用能量擴(kuò)散式x射線分析技術(shù)，通過掃描電子顯微鏡測定不同類 型磨損微?；蛩槠脑爻煞?。為了研究鐵譜分析結(jié)果與零件疲勞損傷、破壞的關(guān)系，一般提出用綜合鐵譜密度（鐵譜基片各個位置密度讀數(shù)的平均值）、磨損嚴(yán)重指數(shù)（鐵譜基片上兩個特定位置 的密度讀數(shù)的平方差）以及微球形粒子（微?；蛩槠姓ＤΣ聊p粒子、球形粒 子、非鐵性粒子、嚴(yán)重磨損粒子等不同類型）的數(shù)量等三個參數(shù)來描述和評定。3.5三種技術(shù)的比較研究認(rèn)為，磨損件其運(yùn)行期內(nèi)一般均經(jīng)過磨合、正常磨損和最終失效三個基本磨 損階段。該

48、過程磨損率（或磨粒尺寸分布）與運(yùn)行時間的關(guān)系曲線為熟知的所謂“浴缸”狀曲線，如圖3-2所示。在磨合階段，滑油中出現(xiàn)許多大磨粒，這些可能 是制造過程中殘留下來的，或是嚙合表面接觸的產(chǎn)物。由于過濾和磨粒破損的聯(lián) 合作用，使得磨粒的平均尺寸減少，這一直延續(xù)到正常磨損階段開始為止；在正 常磨損階段磨粒尺寸相對較穩(wěn)定，磨粒尺寸約在 0至10卩m范圍；在嚴(yán)重磨損階段乃至最終失效時，通常有較大磨粒（25卩m或上百卩m）出現(xiàn)。顯然，有效地檢測幾卩m到上百卩m的磨損微粒或碎片的數(shù)量變化是特別有意義的。圖3-3給出了光譜分析、鐵譜分析和屑末分析等三種方法有效的微粒尺寸檢測范圍圖3-2磨損率一時間關(guān)系曲線圖3-3三

49、種方法檢測效率和范圍比較經(jīng)驗(yàn)表明，滑油光譜分析技術(shù)已有較長的應(yīng)用歷史并且在發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)視中得到廣泛、有效的應(yīng)用。但是，它具有不能有效地檢測大于 10卩m金屬微粒和不能觀察 和分析單個微粒的缺陷，因而損失了一些重要信息；屑末分析方法相當(dāng)簡便，但 其定量性能和故障早期預(yù)報性能卻不能令人滿意。鐵譜分析技術(shù)具有較寬的微粒 尺寸檢測范圍和較高的檢測效率，能同時進(jìn)行磨損微粒的定性分析與定量監(jiān)測， 可彌補(bǔ)屑末分析和光譜分析技術(shù)的不足。第四章CFM56-3C發(fā)動機(jī)滑油碎屑分析4.1概述1架B737-400型執(zhí)行航班任務(wù)，飛機(jī)在準(zhǔn)備下降時，機(jī)組聞到異味，并發(fā)現(xiàn)左發(fā) EGT和振動指示升高，N1、N2轉(zhuǎn)速下降，滑油

50、壓力、滑油量下降。機(jī)組將左發(fā)油 門收至慢車，上述現(xiàn)象仍繼續(xù)。機(jī)組關(guān)閉該發(fā)后按單發(fā)程序安全著陸。飛機(jī)落地后，檢查發(fā)現(xiàn)左發(fā)滑油量為零，尾噴口和反推包皮后緣有明顯的滑油痕 跡，尾噴管底部有大量金屬的和非金屬的碎屑。對從該發(fā)前收油池、磁堵和濾網(wǎng)處收集到的碎屑進(jìn)行了分析。該發(fā)動機(jī)型號為 CFM56-3C 總時間/循環(huán)為 5917h/3722。4.2實(shí)驗(yàn)分析體視顯微鏡觀察將提供的碎屑清洗干凈后在體視顯微鏡下觀察，按外觀可將碎屑大致分為如下幾 類：（1）纖維束，如圖4-1。將此類纖維束與取自另1臺CFM56-3（發(fā)動機(jī)3號軸承 后靜止氣/油封嚴(yán)殼體中的纖維束相比較（圖4-2），二者很相似。按CFM56勺ND

51、T 手冊，該材料為玻璃纖維復(fù)合材料。 非金屬顆粒，圖4-1中顆粒。將此類非金屬顆粒與取自另1臺CFM56-3C發(fā)動機(jī)3號軸承后靜止氣/油封嚴(yán)上的封嚴(yán)涂層碎片進(jìn)行對比 （見圖4-3），可見二 者很相像。（3）銀白色薄片，如圖4-4中箭頭A所指。此類薄片有的很平整，有的卷曲； 有的呈光亮的銀白色，有的在銀白色上還有銅黃色或高溫氧化色。 黑色薄片，如圖4-4中箭頭B所指。(5)長條，如圖4-4中箭頭C及圖4-5所示。此類長條表面呈黃、藍(lán)、黑等高 溫氧化色。 大塊，如圖4-4中箭頭D及圖4-6所示。此類碎屑表面氧化發(fā)黑，呈顆粒 聚集狀。422掃描電鏡觀察及能譜分析將上述碎屑的第1類和第3-6類分別選取

52、幾個，加上隨機(jī)夾取的1撮碎屑放入掃描電子顯微鏡中觀察并進(jìn)行能譜分析。所選碎屑的形態(tài)見圖4-7(a)、(b)。(1) 大塊，圖4-7(a)中最下部的1塊碎屑屬前述的大塊類，其放大圖像見圖4-8，呈熔融金屬顆粒的粘合狀。其能譜分析結(jié)果見圖4-10，主要是鋼鐵材料，并因受到嚴(yán)重的高溫氧化而含有-定量的氧。 黑色薄片，圖4-7(a)中左上方和正上方的2個碎屑屬前述的黑色薄片類， 其能譜分析結(jié)果與圖4-10類似，為鋼鐵材料，被嚴(yán)重高溫氧化。(3)長條，圖4-7(a)中右側(cè)的2條碎屑屬前述的長條類。能譜分析結(jié)果與圖 4-9類似，仍為鋼鐵材料，被嚴(yán)重高溫氧化。 銀白色薄片，圖4-7(a)中部的2塊碎屑及圖4

53、-7(b)中除中部的I撮碎屑 以外的其他幾個碎屑都屬于前述的銀白色薄片類。圖4-9為其中I片的放大圖像，該圖中可看到摩擦痕。圖4-11為該類碎屑的能譜譜圖，該類碎屑中的其他幾片碎 屑的能譜譜圖與此圖很類似，不一一列出。由圖可見其上要成分為銀。(5) 一撮碎屑，圖4-7(b)中部的一撮碎屑的放大圖像見圖4-12，多數(shù)屬黑色薄片類，能譜分析其主要成分為鋼鐵材料。 纖維束，纖維束的能譜分析結(jié)果見圖 4-13，圖4-14是取自另1臺CFM56-3C 發(fā)動機(jī)3號軸承后靜止氣/油封嚴(yán)殼體中的纖維束的能譜分析結(jié)果，二者的譜線 很相似。硅、鋁、氧 3種元素是玻璃纖維的主要成分，碳、銅元素分別與纖維表 面的環(huán)氧樹脂和銅載物臺有關(guān)。圖4-1纖維束與非金屬顆粒的形貌（12 X）圖4-2本機(jī)纖維束（左）與另一臺 CFM56-3C發(fā)動機(jī)3號軸承后靜止氣/油封嚴(yán)殼體中的纖維束（右）的比較（10 X）圖4-3本機(jī)非金屬顆粒（左）與另一臺CFM56-3C圖4-4碎屑形貌（4 X）發(fā)動機(jī)3號軸承后