用于航空发动机故障诊断的双发性能参数差值分析法

史秀宇，陈键，杜军

（中国南方航空股份有限公司机务工程部沈阳维修基地，沈阳 110169）

0 引言

对于双发的民用飞机，目前普遍采用的发动机性能监控软件大体有3类，分别是RR公司的COMPASS、PW公司的EHM、还有GE公司的单机版SAGE及网络版RD。利用性能监控软件进行发动机监控，对于某些故障的早期发现和预警非常有效。

但是随着诸如外界温度、压力、高度等飞行条件的改变，发动机的性能参数会出现大幅波动，该性能监控软件在设计时虽然考虑到这些影响并设置了相关的修正参数，但还是不可避免地在软件图表中表现出波动，对性能分析造成很多干扰。另外，传统的性能监控软件还有其无法克服的局限性。以V2500发动机为例，这些软件仅仅是对飞机航空专用数据链通信系统（ACARS）实时下传的报文上主要的发动机性能参数（如排气温度EGT、转速N1/N2和燃油流量WF等）进行监控，而对一些较为重要的发动机机械参数（如低压压气机LPC2.5级放气机构位置反馈参数BAF和高压压气机可变静子叶片位置反馈参数SVA等）却没有监控。

本文借助自行研发的发动机数据管理软件，对ACARS报告上的数据进行整合处理，研究总结出双发性能参数差值分析法，对所需分析的性能参数进行双发差值计算，观察其变化趋势。不仅可以有效地排除外界飞行条件等的影响，还可以对ACARS报告上的任何所需参数进行变化趋势分析，从而更能高效、准确地判断出发动机故障。

1 利用双发性能参数差值分析法进行故障分析

民用飞机在巡航、起飞过程中通过航空专用数据链通信系统（ACARS）实时下传各种报文，并记录发动机的性能参数。采用自行研发的发动机数据管理软件将这些报文进行整合处理并作双发参数的差值计算，然后导出数据形成EXCEL图表，更为直观地表现发动机性能参数的变化趋势。利用该方法对V2500发动机的低压压气机LPC2.5级放气机构位置反馈参数BAF和高压压气机可变静子叶片位置反馈SVA等较为重要的机械参数建立了双发差值数据库，监控其变化趋势，对发动机潜在的机械故障进行预警。

1.1 发动机高压级可变静子叶片机构故障

2012年，某A321型飞机（配装V2533型发动机）在4月19日和5月6日分别出现相同的“VSVACT/HC/EEC2/IDEIU2FADEC”ECAM警告信息，如图1所示。从图1中可见，经对双发巡航参数进行差值计算对比，发现4月19日该飞机右发高压压气机HPC可变静子叶片（VSV）位置反馈SVA值突降了8，表明确实发生了机械卡滞故障，于是更换了高压压气机HPC可变静子叶片VSV作动器；而5月6日的双发巡航参数差值计算并未出现SVA差值波动，表明实际并未发生机械故障，检查该发动机6点位的2个大电接头时，在分解后发现上部导线束进入插头段有少许油渍，像滑油和特富龙混合后造成的，清洁电插头后正常。此例表明，对于相同的警告信息，通过对双发实际参数进行差值对比分析，可以有效地进行故障诊断和定位。

图1 双发巡航参数SVA差值分析

1.2 新装发动机隐藏故障

某A319型飞机(配装V2524型发动机)右发自2012年8月22装机以来，与左发进行参数差值比较发现，低压转速差值DN1、高压转速差值DN2和燃油流量差值DWF完全相同，但排气温度差值DEGT却偏低40℃，这种仅有1个参数差别较大的判断应该是指示故障。经与原翻修厂家联系确认了该发动机出厂试车裕度满足要求，判断不是排气温度EGT指示问题，于是将故障原因锁定为燃油流量WF指示系统误差。更换了该发动机的燃油流量指示器后，双发燃油流量差值DWF于次日突降，与其余参数匹配恢复至正常范围，如图2所示。类似这种自新装机开始就带有的隐藏故障，单凭传统的OEM性能监控软件是无法监测出来的，而利用双发性能参数差值分析法更为有效。

图2 COMPASS软件中右发更换燃油流量传感器前后参数变化

1.3 发动机2.5级放气机构机械故障

V2500发动机低压压气机LPC2.5级放气带如图3所示。从图中可见，V2500发动机低压压气机LPC2.5级放气带结构，即2.5级活门（U型腔）结构由铝合金制作，上下开孔，钢制衬套由U型腔内向外紧配合安装在U型腔开孔上。

图3 V2500发动机低压压气机LPC2.5级放气带

2.5级摇臂销钉由内向外穿，锁片安装在U型腔外侧。销钉穿过摇臂内鱼眼，通过与U型腔开孔的钢衬套接触带动活门运动。作动环与2.5级摇臂的连接部位是在作动环上的U型腔，连接销钉将放气环连接摇臂和作动环U型腔连接在一起。这些机械连动机构工作到一定时间出现磨损可能引发诸如连接销钉丢失等需要换发修理的严重问题。反映在ACARS巡航报告上的低压压气机LPC2.5级放气机构位置反馈（BAF）值就是控制作动筒移动的2.5级主作动器线性位移（LVDT）位置反馈。通过监控BAF值的变化情况可以了解相关机械装置的工作状况，但单发的BAF值会随着飞行条件的变化而变化（如图4所示），根本无法判断数据的实际变化趋势，所以利用双发差值分析法能有效屏壁单发的BAF值的离散性。

图4 单发巡航参数BAF值随时间的变化

某A319型飞机（配装V2524型发动机）左发的LPC2.5级放气机构位置反馈（BAF）值自2011年5月开始变大。利用双发性能参数差值分析法分析自2010年4月8日至2011年11月12日的数据（如图5所示），双发BAF差值在2011年5月开始差值变大，表明此时发动机LPC放气带U型腔的连接销钉安装孔已经出现过度磨损或损坏现象，所以其极限位置的BAF值偏大。2011年10月开始差值变小且向相反趋势变化，直至18日出现了非常明显地变化。这是由于LPC机构损坏导致机构运动卡滞不能达到最大位置，所以左发BAF值变小并保持。经孔探检查发现，该发动机2.5级机构放气环的U型腔的连接销钉安装孔有2处断裂，因此非计划换发。

图5 双发巡航参数BAF差值分析

需要特别说明的是，该发动机从2.5级放气机构位置反馈BAF值出现波动开始直至因2.5级放气机构损伤拆下期间，飞机电子中央监视器(ECAM)一直未发出相关故障警告信息。针对该型机械故障，利用双发性能参数差值分析法进行判断非常有效。

2 结束语

利用双发性能参数差值分析法进行差值计算，观察变化趋势，不仅可以有效地排除外界飞行条件等的影响，还可以对ACARS报告上的任何所需发动机参数进行变化趋势分析，从而更能高效、准确地判断出发动机故障。但该方法也有不足，如在分析双发中的某发动机性能参数变化趋势时，另一发动机的影响性能参数的相关维护活动也会对差值的变化造成影响，所以分析时要充分考虑排除这些干扰因素。

随着技术的不断进步，发动机性能监控的方法、手段也越来越全面和先进，在进行参数分析时可以充分利用这些资源，扬长避短，会使数据分析的结果更加精确、高效。

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