基于大数据分析进行A320 飞机引气超温预防性维修

■ 矫健强/浙江长龙航空有限公司

0 引言

引气系统是飞机的重要系统之一，直接影响飞机空调系统和增压系统，影响旅客的舒适度和航空安全。飞机的引气系统提供压力和温度可调的气源，供下游空调、增压等系统使用，引气系统失效将导致下游系统无法使用，客舱压力无法保持。

空客A320 飞机发动机引气系统AIR ENG 1（2）BLEED FAULT 故障信息在飞机日常维护中出现的比例较高，该故障是因超温或超压造成，如果维修人员无法获取WQAR 数据，只能依据空客公司TSM 排故手册和维修人员工作经验制定排故方案，故障能否及时准确地排除，在很大程度上依赖于维修人员的工作经验。因此，通过WQAR 监控引气系统的超温和超压进行预防性维修可以大大减少飞机故障，准确完成排故。采取预防性维修方式是通过大数据分析归纳总结引气超温情况，确认系统参数正常性范围，将之运用于系统监控，对监控发现的性能退化的飞机系统提前采取维修措施，使之恢复到合理的范围，避免飞机带隐患执行航班。预防性维修能大大降低系统故障，降低系统完全失效的发生概率，有效保障航班安全。

利用EMS 平台分析发现，飞机B-88XX 执行航班过程中，一段时间内在爬升阶段出现瞬时超温现象，由于A320 的超温故障信息在phase 4 和phase 5 被抑制，飞机未报故障信息，如果飞机一直带隐患执行航班，将增加双引气失效的概率，应提前制定排故方案消除隐患。

1 发动机引气系统工作模式

1.1 发动机供气方式

如图1 所示，CFM5B 发动机引气系统有两个来源，分别是中压级引气和高压级引气。中压级引气来源于发动机压气机5 级，高压级引气来源于发动机压气机9 级。当发动机处于低功率状态时，高压引气活门将打开，由高压级提供引气；高压引气活门关闭时，由中压级提供引气。引气经过压力调节活门的调压和预冷器的调温，产生合适温度、压力的引气，供给下游用户使用。

图1 飞机引气系统原理示意图

1.2 主要部件及其工作方式

发动机引气系统由引气监控计算机（BMC）进行控制，主要部件包括高压引气活门（HPV）、压力调节活门（PRV）、超压活门（OPV）、调节压力传感器（8HA）、控制电磁阀（TLT）、风扇空气活门（FAV）、恒温控制器（TCT）和温度传感器（6HA）。

引气系统压力调节通过PRV 将下游静压调节在（44±4）psig 之间，控制引气流量，并提供反流保护。PRV 的控制电磁阀（TLT）负责控制PRV 的开关。超压活门为安全装置，在系统超压时可完成气动关闭。系统包含多个信号管（sense line），用于传递压力信号、作动相应的活门。系统的两个压力传感器可探测调压前后的压力，将压力值传递给BMC，并提供ECAM 上的显示。

引气系统温度调节通过FAV 提供冷却空气到预冷器，从TCT 得到压力信号调节温度到200 ±15℃，6HA 测量预冷器下游温度，提供相关电信号给BMC。

2 引气系统监控预防性报警开发

2.1 故障特征分析

利用EMS 平台统计B-88XX 飞机2018 ～2020 年的航班数据，如图2 所示。图中横坐标表示航班运行中系统出现的最大温度值，纵坐标表示航班次数，根据95%置信区间，可以认为采集到的最大温度值数据95%的数据是合理的，将过大或过小的数据视为异常数据，初步确定引气温度的正常范围为{190-210}。

图2 B-88XX飞机引气温度（R）概率分布频率

2.2 确定正常温度分布

统计运行的28 架A320ceo 飞机近5 年航班的引气温度数据，共有231031份右侧引气温度样本，如图3 所示，基本符合正态分布。

图3 A320机队引气温度（R）概率分布频率

标准差分析如表1 所示，认为3σ的概率99.71%足以筛选出正常范围数据，即{180.5-209}，因此对A320ceo飞机引气超温的监控应参考此为基数。

2.3 确定监控门槛值

由统计数据发现，引气超温多发生在发动机推力增加时。故监控逻辑为：飞机离地前至飞机落地（phase 04 ～phase 07）。基于标准差的分析以及AMM 给出的215 ℃正常调节上限，如果A320ceo 飞机引气温度超过240 ℃， 会 出 现ENG 1 （2） BLEED HI TEMP 维护信息；超过257 ℃并持续55s， 会 出 现ENG 1（2） BLEED FAULT 警告信息，据此制定215℃的监控阈值。

3 模型验证

1）案例一：2021年4月2日，B-81XX飞机引气温度超过215℃，如图4 所示，之后一个月内多次超过门槛值，由于超温未达到飞机的警告值，机上没有警告信息。更换TCT 后，系统性能恢复正常。

2）案 例 二：2021 年5 月20 日，B-88XX 飞机引气温度超过215℃，如图5 所示，之后多次超过门槛值，由于超温没有达到飞机的警告值，机上没有警告信息。更换TCT 后，系统性能恢复正常。

图5 B-88XX监控看板

上述两个案例证明监控模型有效。同时，对历史数据进行梳理，发现已有多起引气系统超温故障被监控模型提前发现，从而进一步验证了监控模型的有效性。

4 结束语

预防性维修是指在未发生故障之前对系统进行综合性的检查、监测，及时发现故障征兆，消除故障隐患，防患于未然。预防性维修通过译码软件自动对航班WQAR 数据进行解码，将成千上万航班数据进行大数据归纳分析总结，并利用大数据分析工具找出系统工作规律，确定系统参数合理的性能范围，以此为参照标准对飞机系统参数进行持续的不间断的跟踪监测，一旦发现系统性能退化将触发警戒，而此时系统并未完全失效还能继续工作，从而为后续排故措施的合理安排、系统性能的恢复争取到宝贵时间。预防性维修以可靠性为中心理论，以最少的维修资源消耗提高系统的可用性，综合运用多种维修方式，克服了单一维修方式的不足，能够有效减少非计划维修工作的发生，有效降低飞机故障率，提升设备可靠性，提高系统的安全性和经济性，最终提升系统整体管理水平。