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基于QAR數據的民航發動機排故方法研究分析論文

時間:2021-04-14 16:48:41 論文 我要投稿

基于QAR數據的民航發動機排故方法研究分析論文

  1引言

基于QAR數據的民航發動機排故方法研究分析論文

  QAR C Quick Access Recorder)是民航飛機上裝載的快速存取記錄器,記錄器介質通常為可擦寫光盤或PCMCIA卡,記錄時間可達數百小時,記錄參數涵蓋絕大部分飛行品質監控數據。飛機航后維護時,機務工程師對QAR記錄的原始二進制數據進行譯碼,轉換成所需的參數工程值,工程值是對飛行品質監控數據的真實還原。工程值包含高低壓轉子轉速、排氣溫度、燃油流量、滑油壓力、高度及空速等100多個模擬量,以及發動機引氣、發動機火警、GPWS告警、防冰活門、起落架收放等200多個開關量,這些參數反映飛機運行過程中各種變化情況和性能狀態,對監控操縱細節、保障飛行安全、提高運營效率起到了科學有效的保障作用。

  QAR數據是飛行技術檢查、安全調查評估、飛行故障排故的重要依據。怎樣利用QAR數據對飛機發動機故障進行準確有效的排故,一直是機務工程師不斷摸索、總結的重要經驗。本文根據在長期工作實踐中總結出的經驗,提出利用發動機相關QAR數據的分析,準確地進行發動機疑難故障診斷,從而有效排除發動機故障的方法。重點研究對CFM56發動機的常見故障進行排故。

  2發動機轉子高振動值排故方法

  CFM56發動機是雙轉子發動機,由低壓轉子N1和高壓轉子N2組成。AVM(AirborneVibrator Monitor,機載振動監視系統)和 QAR系統均能記錄低壓(轉子)部分和高壓(轉子)部分的振動數值以及相對應的轉速等參數。根據MM ( Maintenance manual)手冊要求,CFM56發動機通常情況下高、低壓轉子振動值超過3.0個單位則必須要求排故,檢查確定不會導致二次損失后方能放行。若超過4.0個單位,則飛機無法放行。發動機在正常狀態下高、低壓轉子的振動一般不會超過1.0個單位。為了保障航班正常運營,發動機的振動值達到2.5個單位以上,應采取相應的糾正措施。

  2.1指示系統故障排故方法

  當發動機出現振動值高的情況時,首先通過分析QAR數據判斷發生高振動轉子的位置、轉速和飛行階段等,確定是否為指示系統故障。因發動機工作環境相對惡劣,指示系統接頭可能出現氧化、龜裂等現象,導致發動機振動指示值較高。指示系統故障,QAR數據顯示為:發動機振動值高是在不同轉速、不同飛行階段隨機出現,且是間歇性的。

  處理這類故障的方法一般為:首先檢查與振動相關的電氣接頭連接緊密性,線路完好性。如果確認與電氣接頭無關,則有可能是AVM內部問題,相應考慮對串或者更換AVM,然后再試車檢查故障是否排除。實際排故當中,采用此種方法一般可消除指示系統故障。

  2.2轉子自身問題排故方法

  波音737-300/400和737-700/800飛機分別裝配的是CFM56-3C和CFM56-7B發動機。發動機在長期使用過程中,軸承和葉片磨損會加劇,燃燒室以及高、低壓渦輪會不斷積累灰塵,從而導致發動機轉子不平衡,振動值過大。對不同航段的QAR數據,通常高振動值是出現在某個固定的轉速下,并且是在相對固定的相位角下。

  若是低壓轉子振動較高時,則應先對發動機進行目視檢查,檢查風扇葉片,進口導向葉片和低壓渦輪可見部分葉片有無損傷,然后檢查前后收油池磁堵來判斷軸承有無磨損。在以上檢查結果都完好的情況下,最后進行風扇葉片配平和葉片潤滑來減少振動值。可通過風扇葉片配平和葉片潤滑來減小振動值,通常可降低至1.0個單位以下。

  若是低壓轉子振動較高時,航線上沒有相應的措施以降低振動值,但可對發動機高壓級進行孔探或者進行磁堵檢測,以確認發動機無內部損失,在確認發動機無內部損傷后,可以繼續監控使用,直至發動機被安排更換。

  3 EGT溫度過高排故方法

  3.1地面啟動階段EGT過高排故方法

  CFM56發動機的EGT (exhaust gas temperature,排氣溫度)在啟動階段的限制值為725攝氏度。為避免飛機運行延誤,確保正點率,啟動階段EGT若超過700攝氏度并持續出現時,應采取相應的維護措施。CFM56-3B發動機啟動階段EGT過高的主要原因有:VSV(Variable Stator Vane,可調靜子葉片)調節出現偏差,或MEC(Main Engine Control,主發動機控制)內部磨損導致發動機富油。

  若VSV出現偏差,QAR數據反映出的特征是:雖然啟動階段EGT過高,但FF(Fuel Flow,燃油流量)值不高。當發動機啟動階段EGT有超過700攝氏度的記錄時,通過查看QAR數據包含的幾個EGT較高航段對應的FF,FF通常不會高于1100 lbs,這種情況主要對VSV進行靜態校裝,調整VSV至正常位置即可排除故障。

  若MEC磨損導致富油,QAR數據反映出的特征與前種情況相比,不但啟動階段EGT過高,而且FF也偏高,通常超過1 100 lbs,甚至超過1 200 lbs。出現此類故障,如啟動階段EGT和FF偏離不嚴重,在不影響放行時,可先進行高低慢車性能調節,使發動機在MM手冊要求范圍內繼續安全工作,但由于MEC供油計劃偏富油,只有更換MEC才能最終排除故障。

  3.2爬升階段EGT過高排故方法

  導致爬升階段EGT升高主要有三種原因: (1) EGT指示系統故障;(2)油路和氣路控制系統故障;(3)發動機性能衰退,高壓級工作效率低。根據QAR記錄的數據分析,可以相對容易準確地判斷導致爬升階段EGT升高的'原因。CFM56發動機不同型號對爬升階段的超限值要求不同,CFM56-3C的超限值為930攝氏度,CFM56-7B的超限值為970攝氏度,當分別超過910攝氏度和920攝氏度時,應引起關注,對發動機進行密切監控和視情采取措施。

  3.2.1 EGT指示系統故障

  當爬升階段EGT升高時,地面維護人員可收集最近階段該發動機執飛時不同航段的QAR數據進行分析。如果觀察到爬升階段EGT升高,通常超過30攝氏度,而在相同N1下,FF和N2幾乎沒有變化,且故障之前相同N1下的EGT幾乎也沒有變化,則可基本判定為EGT指示系統故障。航后檢查時可通過查看CDU(Control Display Unit控制顯示組件)顯示的故障代碼,以查找相應的電氣接頭進行清潔或更換。

  3.2.2發動機油路和氣路控制系統故障

  如果爬升階段EGT升高,通過分析對比故障之前的QAR數據,發現巡航或者爬升狀態下EGT,FF和N2均出現上升,在大功率狀態下,EGT,FF和N2上升幅度尤為顯著,此種情況表明發動機的油路或氣路控制系統可能存在故障。排故時,可先排查VSV和V B V (Variable Bleed Valve,可調放氣活門)等氣路控制系統,在排除沒有故障后,可檢查MEC、燃油泵等油路控制部件故障。根據長期積累的排故經驗,對于CFM56-3C發動機,多為VBV系統的問題,如VBV門卡阻,柔性驅動軸斷裂造成某些VBV門密封不嚴,VBV馬達或作動器失效導致VBV門無法動作等。

  3.2.3發動機性能衰退

  隨著發動機服役時間的增加,發動機性能勢必呈現出衰退趨勢,從而導致爬升或巡航階段EGT升高。結合QAR數據,由發動機性能衰退引起的EGT上升所表現出的數據特征為:相同N1下,EGT,FF,N2通常不會突然升高,高EGT值往往在高N1下出現,根據長期積累的排故經驗,高EGT值通常在每天首次起飛或者在高原機場、高溫天氣下,飛機處于接近滿載狀態,或無減推力等情況出現時。此時應查看發動機性能報告,通過觀察EGT溫度來判斷總體性能狀況。對于波音737-300,若EGT溫度已降至40攝氏度,波音737-400,若EGT溫度已降至10攝氏度以下,說明發動機總體性能已下降。航線上可通過清洗發動機涵道,增加每天第一個航班的暖車時間,對飛機限飛高原機場,要求機組盡量使用減推力等,以延長發動機的在翼使用時間。

  4利用QAR數據排故的注意事項

  利用QAR記錄的大量關于飛行品質和狀態的監控數據,能夠準確反映發動機參數的關聯性,再現故障形式,確定故障特征,幫助機務工程師快速準確地排除故障。但也對機務工程部門和機務工程師提出了更高要求。對于機務工程部門而言,首先需要嚴格、高效、全程地收集、管理QAR譯碼數據,加強QAR系統維護,確保其能夠可靠工作,并且能夠承擔起數據對比和分析的任務,為機務人員排故提供有力的技術支撐。同時機務工程師不僅要對飛機運行系統有深刻了解,注重排故經驗的總結和交流,更需要掌握QAR提供的參數特性,分析數據背后的故障成因,培養利用QAR排故的意識和技能。

  (1)必須明確采集參數的傳感器位置和參數的物理意義。若無法明確參數表征的含義,會影響故障分析進程,所以應結合數據采集組件和飛機系統結構來確定參數。

  (2)分析、對比QAR數據時,應注意參數的時間間隔。應選取能體現飛機前后運行狀態明顯的數據,過長的間隔對分析數據沒有意義,過短的間隔由于相似性高而易造成干擾和誤判。

  (3)確定QAR數據的有效性。機務人員應結合發動機實際狀態、運行環境、飛行時間等對數據進行鑒別,確保數據的有效性。

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