通航小型發(fā)動(dòng)機(jī)的滑油監(jiān)控系統(tǒng)研究

　, ， 　

(1. 中國(guó)民航管理干部學(xué)院 通用航空系， 北京　100102； 2. 中國(guó)民航飛行校驗(yàn)中心 機(jī)務(wù)工程部， 北京　100621)

引言

通用航空飛機(jī)通常用“低、小、慢”來(lái)描述其運(yùn)行特點(diǎn)，即較小的機(jī)型在較低的高度范圍以較慢的速度飛行。我國(guó)國(guó)土幅員遼闊，部分高原飛行航路山高人稀，氣候復(fù)雜多變，不同和極端使用環(huán)境都對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)正常使用和發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部腐蝕有很大影響。與此同時(shí)，隨著我國(guó)空氣污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，通航小型發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美等通航發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命。

全球主要發(fā)動(dòng)機(jī)制造商都開(kāi)發(fā)了各自的發(fā)動(dòng)機(jī)視情維護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行健康監(jiān)視。例如ECM系統(tǒng)、TEAMⅡ系統(tǒng)、ADEPT系統(tǒng)、GEM系統(tǒng)、COMPASS系統(tǒng)等，此類系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本高，我國(guó)的大部分通航企業(yè)難以負(fù)擔(dān)；另外，這些國(guó)外監(jiān)控系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)，難以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)安全。我國(guó)近年來(lái)開(kāi)展了一些針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)健康監(jiān)視系統(tǒng)的研究，部分已經(jīng)在運(yùn)輸航空公司進(jìn)行試用，但這些技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要針對(duì)運(yùn)輸航空的飛行特點(diǎn)和發(fā)動(dòng)機(jī)特征，與通航運(yùn)行的小型發(fā)動(dòng)機(jī)差異較大，應(yīng)用于通用航空器發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控時(shí)，系統(tǒng)的“虛警”率較高。由于我國(guó)通用航空機(jī)隊(duì)規(guī)模有限，關(guān)于通用飛機(jī)小型發(fā)動(dòng)機(jī)的健康管理系統(tǒng)，我國(guó)目前在理論研究和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面基本處于空白階段。

1　系統(tǒng)組成

滑油監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)對(duì)象包括滑油壓力、滑油溫度，滑油消耗量、滑油屑末收集、滑油光譜分析，滑油鐵譜分析等內(nèi)容。結(jié)合通航小型發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)和通航飛行特征，監(jiān)控系統(tǒng)包含監(jiān)測(cè)滑油消耗率和磁堵油濾顆粒分析兩個(gè)模塊，監(jiān)視和處理流程具體如圖1所示。

圖1　通航發(fā)動(dòng)機(jī)滑油監(jiān)控系統(tǒng)組成

基于飛機(jī)維護(hù)手冊(cè)的要求，滑油監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合通航飛行特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)。滑油監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)對(duì)滑油消耗量和磁堵油濾進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)手冊(cè)的要求進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)，并結(jié)合各個(gè)測(cè)量變量的變化趨勢(shì)確定發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)，為維修工作的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)?；拖牧康谋O(jiān)測(cè)通過(guò)滑油加注量和剩余量來(lái)計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的滑油消耗，比對(duì)手冊(cè)中的滑油消耗閾值確定飛機(jī)是否可繼續(xù)運(yùn)行。如果發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，需結(jié)合滑油消耗量和磁堵油濾監(jiān)測(cè)結(jié)果確定故障位置，必要時(shí)借助孔探等手段進(jìn)行故障查找，再按照手冊(cè)要求進(jìn)行排故，此后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)試車，重新監(jiān)測(cè)相關(guān)測(cè)量變量的數(shù)值。磁堵油濾監(jiān)測(cè)后的顆粒需送至專門監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行成分分析，進(jìn)而查找發(fā)動(dòng)機(jī)損壞部位，再按照手冊(cè)要求排故，最后重新進(jìn)行監(jiān)測(cè)判斷是否可恢復(fù)運(yùn)行。

2　滑油消耗量監(jiān)控

滑油消耗量的監(jiān)測(cè)主要是每次飛行任務(wù)結(jié)束后記錄滑油消耗量，同一飛機(jī)兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算10 h飛行內(nèi)的平均滑油添加量，將該數(shù)值與手冊(cè)中的滑油消耗上限值進(jìn)行比對(duì)。如發(fā)現(xiàn)消耗量超標(biāo)，立即按要求進(jìn)行處理。通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)滑油消耗量的跟蹤觀察記錄，確定發(fā)動(dòng)機(jī)滑油消耗的狀態(tài)，進(jìn)而找出漏油、部件失效等不正常狀態(tài)的原因。如果滑油消耗量超過(guò)飛機(jī)手冊(cè)規(guī)定的上限，應(yīng)停止飛機(jī)運(yùn)行，并進(jìn)行地面試車，再次測(cè)定滑油溫度和滑油消耗量，為了避免數(shù)據(jù)誤差，地面試車時(shí)應(yīng)盡量減少慢車時(shí)間。

如果發(fā)動(dòng)機(jī)滑油消耗量低于手冊(cè)規(guī)定的閾值，但出現(xiàn)滑油消耗量增加的情況時(shí)，應(yīng)結(jié)合飛行任務(wù)的特點(diǎn)綜合分析確定發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。與運(yùn)輸航空飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)相比較，通航飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)的滑油消耗量較大，這主要是由于通航飛機(jī)飛行高度低，空氣質(zhì)量較差等原因，不同飛行區(qū)域內(nèi)的滑油消耗量可能存在較大差異?；拖牧窟^(guò)大的其他可能原因主要包括：滑油加注不規(guī)范，加油量過(guò)多或過(guò)少，外部漏油，軸承內(nèi)部、連接交叉部的機(jī)械損傷等?；图幼⑦^(guò)多或過(guò)少都可能會(huì)增加滑油消耗量，滑油加注過(guò)多，供油時(shí)氣路不通暢，會(huì)出現(xiàn)甩油的現(xiàn)象從而加大滑油消耗量。以普惠發(fā)動(dòng)機(jī)為例，發(fā)動(dòng)機(jī)手冊(cè)建議滑油加注量應(yīng)在廠商建議的最低量和最大量之間，最節(jié)油的方式是使滑油量剛剛超過(guò)最低線即可。

3　磁堵油濾分析

磁堵油濾的監(jiān)測(cè)通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)磁堵油濾中顆粒成分的分析以及發(fā)動(dòng)機(jī)滑油油樣的分析，確定發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部磨損狀況，進(jìn)而監(jiān)控那些發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部無(wú)法接近和觀察到的部件的安全狀況。定檢時(shí)檢查磁堵油濾上顆粒的性質(zhì)，送至專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定，查處超標(biāo)顆粒后立即按要求進(jìn)行處理。利用滑油分析技術(shù)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械部件的磨損情況， 再利用無(wú)損探傷技術(shù)檢查發(fā)動(dòng)機(jī)部件損傷，確定發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀況。

在實(shí)際運(yùn)行中，由于通航企業(yè)資金實(shí)力有限，且業(yè)務(wù)較少具有長(zhǎng)期性和穩(wěn)定性，外站保障能力較差，建議通航企業(yè)自帶發(fā)動(dòng)機(jī)加注的滑油，以備航前航后檢查時(shí)添加，避免因滑油質(zhì)量問(wèn)題引發(fā)的檢測(cè)異常。

4　結(jié)論

針對(duì)通航飛機(jī)特征和飛行特點(diǎn)設(shè)計(jì)了通航飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)滑油監(jiān)控系統(tǒng)，本系統(tǒng)已在中國(guó)民航飛行校驗(yàn)中心進(jìn)行試用。針對(duì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析了發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)部分異?，F(xiàn)象的典型原因，并結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)提出通航發(fā)動(dòng)機(jī)維修保障建議。該系統(tǒng)為加強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能趨勢(shì)監(jiān)控、確保發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)隊(duì)持續(xù)安全提供了重要的技術(shù)手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]王施，王榮橋，陳志英，樊江，申秀麗.航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理綜述[J].燃?xì)鉁u輪實(shí)驗(yàn)與研究,2009,22(1):51-58.

[2]CLARK G J, VIAN J L, WEST M E, et al. Multi-platform Airplane Health Management[A]. Proceedings of 2007 IEEE Aerospace Conference[C].Montana,USA,2007:1-13.

[3]JAW L C. Recent Advancements in Aircraft Engine Health Management (EHM) Technologies and Recommendations for the Next Step[A]. Proceedings of ASME Turbo Expo 2005[C]. Nevada, USA: ASME Press,2005:683-695.

[4]富濤. 民航發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理——在翼發(fā)動(dòng)機(jī)壽命預(yù)測(cè)[D].天津：中國(guó)民航航空學(xué)院，2006.

[5]李強(qiáng). 民航發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理技術(shù)與方法研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2008.

[6]孫護(hù)國(guó)，霍武軍，于海濱. 航空發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)監(jiān)控與診斷技術(shù)[J]. 航空科學(xué)技術(shù),2000, (4): 23-24.

[7]劉磊. 航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷技術(shù)[D].廣漢：中國(guó)民航飛行技術(shù)學(xué)院，2006.

學(xué)會(huì)專家企業(yè)行

在奉化市科協(xié)、國(guó)家氣動(dòng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(以下簡(jiǎn)稱“中心”)、寧波市液氣密協(xié)會(huì)、奉化市氣動(dòng)工業(yè)協(xié)會(huì)等相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)人員的陪同下，來(lái)自流體傳動(dòng)與控制分會(huì)(以下簡(jiǎn)稱“分會(huì)”)委員單位清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北京理工大學(xué)、武漢材料保護(hù)研究所等院校的專家對(duì)威克斯液壓、億太諾氣動(dòng)科技、星宇電子、億日氣動(dòng)科技、索諾氣動(dòng)、佳爾靈氣動(dòng)機(jī)械、中意液壓馬達(dá)和歐意液壓等寧波市的氣動(dòng)液壓骨干企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，參觀了企業(yè)的機(jī)加工、產(chǎn)品裝配車間、質(zhì)量檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)部門等，聽(tīng)取了企業(yè)在氣動(dòng)液壓新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品可靠性、關(guān)鍵性能指標(biāo)提升等領(lǐng)域的最新進(jìn)展，并給予建議。專家們指出，在寧波、奉化的氣動(dòng)液壓企業(yè)的努力下，企業(yè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化程度、從業(yè)人員的素質(zhì)有了非常大的提高，經(jīng)營(yíng)者更加重視新產(chǎn)品的研發(fā)，某些氣動(dòng)產(chǎn)品的指標(biāo)已經(jīng)接近或達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，奉化氣動(dòng)在國(guó)際上的知名度和認(rèn)可度也不斷提高。并且，氣動(dòng)產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)展到汽車尾氣處理、動(dòng)車、太陽(yáng)能發(fā)電等專用領(lǐng)域，正在逐步實(shí)現(xiàn)差異化發(fā)展。針對(duì)億日氣動(dòng)、索諾、佳爾靈等企業(yè)提出的氣動(dòng)產(chǎn)品表面氧化處理、環(huán)保后處理方面的技術(shù)難題，由武漢材料保護(hù)研究所的歐陽(yáng)貴主任和張帆老師重點(diǎn)對(duì)接，已經(jīng)與上述多家企業(yè)達(dá)成初步意向，雙方將就技術(shù)合作細(xì)節(jié)做進(jìn)一步深入探討和交流。

一、組織企業(yè)代表進(jìn)行交流座談

分會(huì)領(lǐng)導(dǎo)、專家走訪了佳爾靈位于氣動(dòng)產(chǎn)業(yè)園的新廠房和設(shè)備后，學(xué)會(huì)領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)專家、以及來(lái)自奉化氣動(dòng)骨干企業(yè)的二十余名企業(yè)老總就近在佳爾靈的會(huì)議室內(nèi)開(kāi)展座談會(huì)，就校企產(chǎn)學(xué)研合作、學(xué)會(huì)工作站對(duì)接服務(wù)等工作進(jìn)行交流。企業(yè)老總們表示，在目前的經(jīng)濟(jì)大環(huán)境下，企業(yè)正處于由粗放型向精細(xì)化轉(zhuǎn)變的重要階段，希望在今后加強(qiáng)與高校的對(duì)接，同時(shí)希望學(xué)會(huì)幫助企業(yè)引進(jìn)氣動(dòng)液壓領(lǐng)域高水平的技術(shù)人才。并且，對(duì)分會(huì)在奉化設(shè)立服務(wù)站給予高度的評(píng)價(jià)，希望在氣缸、電磁閥產(chǎn)品自動(dòng)化檢測(cè)、表面處理等項(xiàng)目上開(kāi)展合作。分會(huì)專家也對(duì)奉化氣動(dòng)企業(yè)的快速發(fā)展感到欣慰和鼓舞，也希望進(jìn)一步加大與企業(yè)間的合作，將中國(guó)氣動(dòng)產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)。

二、為國(guó)家氣動(dòng)中心的發(fā)展建言獻(xiàn)策

分會(huì)領(lǐng)導(dǎo)、專家還在奉化市市場(chǎng)管理局傅岳炳局長(zhǎng)的陪同下，參觀了中心。中心路波主任就氣動(dòng)檢測(cè)業(yè)務(wù)、科研項(xiàng)目承接、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)開(kāi)發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制修訂等工作進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。并重點(diǎn)介紹了中心與企業(yè)的對(duì)接制度，中心會(huì)定期安排技術(shù)人員聯(lián)系、走訪企業(yè)，了解企業(yè)的實(shí)際需求，發(fā)揮中心作為檢測(cè)和技術(shù)服務(wù)平臺(tái)的作用?？紫闁|主任對(duì)中心在推動(dòng)氣動(dòng)產(chǎn)品質(zhì)量提升、擴(kuò)大寧波氣動(dòng)產(chǎn)業(yè)在國(guó)內(nèi)外的影響力等方面的工作給予高度的肯定。并建議中心繼續(xù)發(fā)揮作為氣動(dòng)領(lǐng)域質(zhì)量檢測(cè)、標(biāo)準(zhǔn)宣貫、技術(shù)咨詢、科研開(kāi)發(fā)等公益效應(yīng)，更好地為企業(yè)服務(wù)。