作为飞机的心脏,被誉为“工业之花”的航空发动机,由于它结构复杂、集成度高、工作条件恶劣等因素导致发动机的稳定性难以控制,而且它担任飞机的主要动力源,一旦发生故障,往往会导致机毁人亡的后果,因此,安全性、可靠性和经济性成为我们航空发动机制造商最为关心的要素。
航空发动机不仅仅制造价格昂贵,其维修价格也是非常可观的,一般维修成本会占到整体飞机维修成本的百分之四十,这就直接导致发动机的使用、维护和保障费用开销巨大。
为了降低发动机维护成本,减少航班延误取消率,对航空发动机进行剩余寿命预测就非常的关键和必要。
发动机数据监控与分析定期采集发动机的各项性能指标,并对指标进行评估分析,是对发动机剩余寿命预测的前提。
在每个航空公司,都有一整套独立监控系统和程序,例如:飞机远程诊断实时跟踪系统(ACRDRTS),每天对每架飞机的发动机进行数据采样,建立发动机技术档案;并且发动机制造商会向航空公司提供发动机数据分析软件,利用这些软件对采集后的数据进行监控分析,从而便于之后的寿命预测和健康评估。
各个发动机厂都有自己发动机的监控软件,例如普惠公司的EHM,记录飞机巡航状态下发动机主要参数以及震动、燃油/滑油消耗、计算EGT指数等形式报告,还有孔探检查,滑油油样分析,其他故障报告和服务通报的实施。
其中,EGT裕度(即发动机排气温度同红线限制的差值)对评估发动机性能,对决定发动机是否需要拆下检修是重要参数。EGT裕度减小预示着发动机性能退化,裕度为零意味着发动机工作在EGT红外限制值,而裕度为负时则需要将发动机拆下。下图是各型号发动机的EGT警戒值。
各型号发动机的EGT警戒值
另外一个参数是EGTM,它是发动机限制温度与全推力起飞时的排气温度(Exhaust Gas Temperature, EGT)的差值,而EGT会随着飞行时间的增加逐渐升高,反映到EGTM,就是逐渐下降。下图是从2007年12月到2010年1月期间5台CFM56-5B发动机的EGTM数据。
2007年12月到2010年1月期间5台CFM56-5B发动机的EGTM数据
根据对EGTM的分析,如果能够获得EGTM的衰退模式,那么从性能衰退角度进行发动机剩余寿命的预测就变得简单了。
剩余寿命预测的几种常见方法
目前寿命预测方法主要基于三种不同的类型:基于物理模型的预测方法、基于数据驱动的预测方法和基于经验的预测方法。这三种预测方法各自的优缺点如下表格所示: