健康管理知识

fogey · 发表于 2008-5-21 21:51:56

Prognostics and Sensors for Engines in Commercial Aircraft
　　非寒
　　不论是传感器还是诊断/预诊断软件,对涡轮喷气发动机的健康监管系统来说都是物有所值。
　　延长涡轮喷气发动机的工作时间,减少飞机因维护、修理和大修(MRO)而停飞的时间一直是人们追求的目标。发动机健康监管系统（EHMS）可以帮助原设备制造商(OEM)及其客户获得更多、更为详细的发动机运行性能信息,对MRO做出评估,还可以通过诊断/预诊断软件工具,在部件发生故障前预测出行将出现的故障,并能够将虚假的或可接受的超限与真正故障区别开来,以免不必要的外场可更换部件(LRU)更换或把发动机拆开。
　　 EHMS和预诊断技术
　　 EHMS涉及测量、传输、存储、处理、诊断、预诊断和系统集成等多个环节。它采集的参数有:压力、温度和转速信号,振动加速度计信号,电磁碎屑探测和声信号等。实际上,发动机需要监控的实际运行状态包括旋转速度、温度和压力,叶片、盘和轴的振动,风扇冷微调平衡,作动器位置增量和变化速率的反馈,燃油和滑油的液面高度,流率,放气率和温度,油气混合物的情况,排气和外部空气温度与流量,飞机运动数据如迎角、滚转角和多条轴线上的加速度等。
　　预诊断能力也是EHMS的重要内容。未来的EHMS除了目前的预测特点外,还将包括发动机性能异常探测、先进的振动分析、非侵入式叶片完好性监控(可能基于涡流技术)、在线滑油状态分析,以及在进气口和排气口区域探测碎屑等。
　　随着又快又可靠的处理器和存储模块的问世,航空制造业已开始采用基于模型的可实时确定飞机能力(或状态)的预诊断算法。这种预诊断和完好性管理(PHM)数据可以确定故障的原因或状态,甚至即将出现的故障,从而增大了发动机的可维修性。应该说,预诊断算法的出现彻底改变了EHMS的本来面貌,并将随着EHMS一起发展。
　　随着发动机技术的发展,发动机制造商的业务重点正在转向降低维修成本。而EHMS将是降低发动机维修成本和提高安全性的法宝之一。而且EHMS完善的监控和诊断能力正在推动发动机维修向视情维修的方向发展。
　　 EHMS的传感器及性能
　　飞机和发动机制造商,尤其是军机及发动机制造商,对更智能的EHMS期待已久,这必然需要更精细和更高级的传感器。GE航空公司旗下的优尼森公司着力研发了具有这些品质的速度、温度(包括电阻式温度传感器和热电偶)、压力和流量测量传感器。
　　由于涡轮发动机在高温下运行,在其核心机上安装的传感器部件也需要能在177204℃的温度下工作。而且,发动机短舱由于控制系统复杂性增加而变得非常拥挤。
　　这也就是说,EHMS的电子装置,尤其是其传感器和数据采集装置位于发动机内部,必须具有承受这种环境的能力,不仅要求可靠性高,同时还需考虑时间和精度响应。在数据采集中,传感器必用导线(在一些最新的产品中则采用了无线技术)将高质量的信号传给设在涡轮发动机的高温和高噪声环境中的数据采集装置。
　　优尼森公司在研发过程中还注重提高低压传感器信号的可靠性,它将激励器、点火引线和火花塞,压力和碎屑探测传感器以及电缆集成化,通过电磁干扰(EMI)测试来确定电线屏蔽所需的量级,得到一个重量与性能兼顾的解决方案。
　　波音787飞机GEnx涡轮发动机(压力比为23∶1)和罗罗公司遄达1000发动机上的EHMS传感器,以及美国陆军的T700-GE-701D发动机和空客A380用的GP7200涡轮发动机的传感器有一些采用了优尼森公司的产品。在公务喷气机领域,该公司还为GE本田航空发动机公司的HF120涡扇发动机提供一些电气设备(包括EHMS传感器)。HF120的额定推力大于8.9千牛,而且在小型喷气发动机的燃油效率、耐久性和低噪声/低有害气体排放性能方面达到了新的水平。GEnx对传感器性能,尤其是传感器信号的可靠性要求很高。随着这种发动机处理能力的增加,优尼森公司注重提升传感器的数据获取能力。
　　 GEnx发动机EHMS的一些部件由梅吉特集团公司供应。振动和转速传感器由瑞士的振动计量(VM)公司提供,而放气偏置文氏管空气流传感器则由惠塔卡控制公司供应。VM公司还为GE公司的GE90涡轮发动机和CFM公司的CFM56发动机提供振动和转速传感器,以及为GP7200发动机提供振动传感器。
　　在罗罗公司BR700发动机系列的新成员上,VM英国公司把大气、滑油和燃油温度传感器,速度和压力传感器,轴转速传感器,燃油流量和滑油碎屑监控传感器,以及发动机点火系统进行了集成。梅吉特集团公司也提供EHMS传感器、电子和处理部件。目前,VM公司还在为罗罗公司的遄达900和1000,及GE公司的GEnx发动机鉴定EHMS状态监控部件,包括振动传感器和一些选择的滑油温度和油量传感器。
　　振动是涡轮发动机状态监控中最重要的参数之一。发动机的状态监控还包括了数字式冷微调风扇平衡功能,它是通过在飞行中采集的数据对发动机进行平衡,这种功能可以节省发动机的MRO工作量。VM公司还参与了美国海军和海军陆战队直升机综合机械诊断和完好性与使用情况监控系统(IMD/HUMS)的开发,该系统利用了来自发动机、机体、齿轮箱、传动链和风扇转子等多达25个传感器的输入。
　　 VM英国公司的各种先进的传感器还可提供连续的超限监控输出。该公司估计,20世纪90年代的一些涡扇发动机含有4050个传感器,而一些较新的发动机的传感器数量在这个基础上又增加了30%40%。
　　传感器技术与光学高温计组合现在已能直接测量涡轮叶片的温度,但大多应用于军机。VM公司的微波雷达叶片尖间隙控制技术,在机匣和涡轮叶片尖之间可实现0.25毫米的间隙,从而提高燃油效率1%,减少有害气体的排放量10%,使排出燃气温度减小6℃。VM公司传感器的另一些研究和发展项目是关注采用光谱测定法直接从火焰提取燃烧过程的数据。发动机OEM已认识到,转子叶片测量对飞行控制性能,有害气体排放的控制和热端状态监控都非常重要。而且,这些测量技术除叶尖间隙外,还能为叶片的状态提供更多的信息。<转自国际航空>