淺談航空發(fā)動機(jī)孔探數(shù)據(jù)分析體系的建設(shè)

張忠年 龔帥

摘要：通過孔探檢查對發(fā)動機(jī)進(jìn)行在翼狀態(tài)監(jiān)控和適時進(jìn)行發(fā)動機(jī)修理具有重要意義。當(dāng)前較大的航空公司存有龐大的發(fā)動機(jī)孔探數(shù)據(jù)，本文嘗試通過對發(fā)動機(jī)孔探數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，結(jié)合發(fā)動機(jī)健康管理方法，對在翼發(fā)動機(jī)時壽進(jìn)行預(yù)測，以便對維修決策給出相關(guān)的參考建議。

關(guān)鍵詞：內(nèi)窺鏡；孔探檢查；孔探數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)分析；健康預(yù)測

Keywords：endoscope；borescope inspection；borescope inspection data；data analysis；health prediction

0引言

發(fā)動機(jī)作為飛機(jī)的心臟，其任何功能失效或故障都可能導(dǎo)致飛機(jī)發(fā)生較大事故甚至誘發(fā)災(zāi)難性的后果。發(fā)動機(jī)是飛機(jī)維修保障的重點，對發(fā)動機(jī)采用先進(jìn)的維修策略并進(jìn)行全壽命科學(xué)的監(jiān)控管理可以大幅降低維修成本，獲得較好的效益。發(fā)動機(jī)維修通常采用視情維修管理方式（OCM），即基于狀態(tài)的維修（CBM）。視情維修的策略是根據(jù)發(fā)動機(jī)的狀態(tài)、孔探、磁堵以及外觀檢查等狀態(tài)監(jiān)控情況，得到多種發(fā)動機(jī)的監(jiān)控數(shù)據(jù)，判斷發(fā)動機(jī)的狀態(tài)情況，并安排發(fā)動機(jī)下發(fā)，最終確定合理的維修決策，控制發(fā)動機(jī)的送修成本。

孔探檢查作為航空發(fā)動機(jī)視情維修的一項重要技術(shù)，對于正確評估發(fā)動機(jī)內(nèi)部損傷、對發(fā)動機(jī)進(jìn)行在翼狀態(tài)監(jiān)控以及適時進(jìn)行發(fā)動機(jī)修理具有重要的意義。發(fā)動機(jī)孔探檢查是指借助工業(yè)內(nèi)窺鏡對發(fā)動機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，及時發(fā)現(xiàn)損傷，以評估發(fā)動機(jī)的整體性能。

通過孔探檢查可以獲得發(fā)動機(jī)內(nèi)部損傷的圖像、損傷部位、損傷尺寸等具體信息，為判斷與分析損傷的嚴(yán)重程度及其發(fā)展趨勢提供有效的數(shù)據(jù)。根據(jù)孔探數(shù)據(jù)，工程師可以準(zhǔn)確地判斷發(fā)動機(jī)損傷的嚴(yán)重情況，從而確定下次進(jìn)行發(fā)動機(jī)孔探監(jiān)控檢查的時間間隔或者得出發(fā)動機(jī)能否繼續(xù)在翼使用的判斷。

1 發(fā)動機(jī)孔探數(shù)據(jù)源范圍

發(fā)動機(jī)孔探數(shù)據(jù)包括一切與孔探檢查工作及結(jié)果相關(guān)的數(shù)據(jù)，既包括與孔探直接相關(guān)的數(shù)據(jù)，也包括間接影響到孔探檢查環(huán)境或結(jié)果的數(shù)據(jù)，大體分為以下4種類型。

1）發(fā)動機(jī)本身數(shù)據(jù)：發(fā)動機(jī)型號，發(fā)動機(jī)物理構(gòu)型，發(fā)動機(jī)序號，裝機(jī)飛機(jī)號，裝機(jī)位置等。

2）發(fā)動機(jī)的使用數(shù)據(jù)：自新發(fā)使用時間（TSN），自新發(fā)使用循環(huán)（CSN），自大修后使用時間（TSO），自大修后使用循環(huán)（CSO）等。

3）孔探環(huán)境數(shù)據(jù)：孔探日期，孔探時間，孔探地點，孔探原因，孔探部位，孔探設(shè)備，孔探人員等。

4）孔探結(jié)果數(shù)據(jù)：損傷部位，損傷區(qū)域，損傷大小，損傷類型，損傷監(jiān)控間隔，以及依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)限制等。

2 發(fā)動機(jī)孔探數(shù)據(jù)分析體系過程

發(fā)動機(jī)孔探數(shù)據(jù)分析體系總體上分為三個過程，分別是數(shù)據(jù)的輸入、數(shù)據(jù)的處理和數(shù)據(jù)的輸出。

數(shù)據(jù)輸入源有兩個，一是單臺發(fā)動機(jī)孔探數(shù)據(jù)的手工錄入。每次發(fā)動機(jī)孔探工作結(jié)束后都需要將與孔探工作相關(guān)的重要數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)。有些數(shù)據(jù)可由系統(tǒng)自動提取，如發(fā)動機(jī)使用的時間循環(huán)數(shù)據(jù)等。為了實現(xiàn)對所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理，在錄入單臺發(fā)動機(jī)的孔探數(shù)據(jù)時需要將部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)置，如按孔探原因、損傷類型、監(jiān)控等級等進(jìn)行設(shè)置。二是系統(tǒng)自動從所有的歷史數(shù)據(jù)庫中提取相應(yīng)數(shù)據(jù)。歷史數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)可以是日積月累的單臺發(fā)動機(jī)的手工錄入數(shù)據(jù)，也可以是將之前沒有錄入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)一次性導(dǎo)入的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理的過程是數(shù)據(jù)分析體系的核心，其功能是所建數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)能按照預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)處理模型自動從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算和處理，以便能夠按照預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)處理模型輸出數(shù)據(jù)。在這一階段，需要先人為提出對數(shù)據(jù)處理模型的期望，如需要提取哪些數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)如何處理、數(shù)據(jù)如何呈現(xiàn)等，最終由系統(tǒng)自動完成這些功能。

數(shù)據(jù)輸出過程也是為了實現(xiàn)預(yù)期功能的過程。發(fā)動機(jī)孔探數(shù)據(jù)分析體系的主要功能可以分為兩方面（見圖1），一是對大量的歷史孔探數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、整理，以期望的統(tǒng)計結(jié)果呈現(xiàn)，從而獲得期望的歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖表。二是通過對同一型號發(fā)動機(jī)同一部位同一類損傷的大量歷史孔探數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計與分析，建立損傷擴(kuò)展與使用時間的關(guān)系，從而獲得該型號發(fā)動機(jī)該部位該損傷類型的損傷擴(kuò)展預(yù)測模型。

3 數(shù)據(jù)處理模型的構(gòu)想

發(fā)動機(jī)孔探數(shù)據(jù)分析體系的重點及難點在于如何設(shè)計數(shù)據(jù)處理過程中數(shù)據(jù)處理的模型。通過科學(xué)合理的數(shù)據(jù)處理模型可以得到想要的孔探數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計結(jié)果，獲得對歷史數(shù)據(jù)的總結(jié)或?qū)p傷趨勢擴(kuò)展的預(yù)測。數(shù)據(jù)處理模型的作用是使系統(tǒng)能夠自動從龐大的孔探大數(shù)據(jù)中篩取必要的數(shù)據(jù)，并通過預(yù)設(shè)算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行計算與處理，最終得到預(yù)期的輸出結(jié)果。數(shù)據(jù)處理模型可以多種多樣，如可統(tǒng)計某一年每月的孔探工作量、統(tǒng)計每臺孔探設(shè)備的使用次數(shù)、統(tǒng)計某型號發(fā)動機(jī)某部位發(fā)現(xiàn)某種損傷的時間循環(huán)等。下文將簡單介紹幾種數(shù)據(jù)處理模型。

1）統(tǒng)計歷年每月因發(fā)動機(jī)內(nèi)涵FOD原因需要進(jìn)行孔探檢查的臺數(shù)。為了得到該統(tǒng)計結(jié)果，需要采集的數(shù)據(jù)是孔探原因為“FOD”的發(fā)動機(jī)孔探報告。

通過該數(shù)據(jù)統(tǒng)計模型，呈現(xiàn)出如圖2所示的結(jié)果，通過該結(jié)果可以獲知每年發(fā)動機(jī)內(nèi)涵鳥擊高發(fā)時段的具體月份，以便提前做好應(yīng)對策略，如安排孔探人員異地出差排故等。

2）統(tǒng)計某型號發(fā)動機(jī)各個部位孔探的臺次以及發(fā)現(xiàn)損傷的臺次。為了得到該數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，需要采集的數(shù)據(jù)是某型號的所有發(fā)動機(jī)所有部位的孔探數(shù)據(jù)，并對各孔探部位和損傷部位的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計。

通過該數(shù)據(jù)統(tǒng)計模型，呈現(xiàn)如圖3所示的結(jié)果，通過該結(jié)果可以得知根據(jù)維修方案的要求某型號發(fā)動機(jī)（如 CFM56-7B發(fā)動機(jī)）孔探頻次高的部位。通過損傷分布還能得知容易發(fā)現(xiàn)損傷的部位，并繼續(xù)擴(kuò)展分析出容易出現(xiàn)的損傷類型、損傷的嚴(yán)重程度等。

3）統(tǒng)計某型號所有發(fā)動機(jī)因孔探檢查發(fā)現(xiàn)損傷需監(jiān)控時其監(jiān)控等級下對應(yīng)的發(fā)動機(jī)使用時限（飛行小時/飛行循環(huán)）的數(shù)據(jù)。此處的監(jiān)控等級是對孔探間隔區(qū)間進(jìn)行分級，不同監(jiān)控級別代表不同的監(jiān)控區(qū)間。監(jiān)控等級從側(cè)面反映了孔探發(fā)現(xiàn)損傷的嚴(yán)重程度。為了得到該數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，需要采集的數(shù)據(jù)是某型號的所有發(fā)動機(jī)所有部位孔探發(fā)現(xiàn)損傷且需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)。

通過該數(shù)據(jù)統(tǒng)計模型，呈現(xiàn)如圖4所示的結(jié)果，通過該結(jié)果可以得知某型號發(fā)動機(jī)（如CFM56-7B發(fā)動機(jī)）某個監(jiān)控等級的損傷容易發(fā)生在哪個使用時間的區(qū)間內(nèi)。圖4中監(jiān)控等級為藍(lán)色級別的某型號發(fā)動機(jī)使用的飛行循環(huán)區(qū)間約在12000～15000之間，通過大量數(shù)據(jù)可以得到更精確的結(jié)果，在開展孔探工作之前根據(jù)發(fā)動機(jī)使用時間大概得知該發(fā)動機(jī)內(nèi)部損傷情況。

4）統(tǒng)計某型號發(fā)動機(jī)某孔探部位發(fā)現(xiàn)損傷后其損傷的擴(kuò)展趨勢。對損傷擴(kuò)展的判定有兩種情況，一種是損傷程度（如損傷大小）相比上次檢查結(jié)果有所擴(kuò)展但根據(jù)手冊標(biāo)準(zhǔn)其監(jiān)控間隔沒有進(jìn)一步縮短，一種是只要監(jiān)控間隔發(fā)生變化即認(rèn)為是損傷有擴(kuò)展。為了研究的便捷，本文以監(jiān)控間隔是否變化作為損傷是否擴(kuò)展的依據(jù)。為了得到該數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，需要采集每次監(jiān)控間隔發(fā)生變化時發(fā)動機(jī)的使用時間。

圖5所示為某型號發(fā)動機(jī)低壓渦輪導(dǎo)向葉片（LPTN）損傷擴(kuò)展趨勢圖（略去了每次損傷擴(kuò)展時發(fā)動機(jī)的使用時間）。通過該數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，某型號發(fā)動機(jī)某部位的損傷在每次擴(kuò)展時可以使用的時間（飛行小時/飛行循環(huán)）。圖5僅為單臺發(fā)動機(jī)的趨勢圖，如果能將該型號發(fā)動機(jī)該類型損傷的數(shù)據(jù)全部統(tǒng)計出來并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理（去除不合理的數(shù)據(jù)、求平均等），即能得到關(guān)于該型號發(fā)動機(jī)某部位損傷趨勢較為精確的結(jié)果。工程師可以根據(jù)損傷趨勢數(shù)據(jù)大概評估出下次孔探的間隔和發(fā)動機(jī)的預(yù)計使用壽命等，從而大大減少非計劃停產(chǎn)或換發(fā)的概率，節(jié)約成本。

4 結(jié)束語

隨著航空公司機(jī)隊規(guī)模的不斷擴(kuò)大和新型號飛機(jī)及發(fā)動機(jī)的不斷引進(jìn)，相應(yīng)的發(fā)動機(jī)孔探工作量也不斷增加，將產(chǎn)生越來越龐大的發(fā)動機(jī)孔探數(shù)據(jù)，亟需建立一套科學(xué)合理的數(shù)據(jù)分析處理平臺，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存貯、整理和統(tǒng)計。本文旨在探討研究建立一套科學(xué)合理的航空發(fā)動機(jī)數(shù)據(jù)分析體系，所提出的研究成果僅供參考與借鑒，需進(jìn)一步完善改進(jìn)本體系的建設(shè)并應(yīng)用于實際工作，對工作計劃的安排、維修策略的調(diào)整提供參考意見與數(shù)據(jù)支持，提高工作效率，降低維修費用。

參考文獻(xiàn)

[1] 戎翔，左洪福，張海軍，姚晨榕.基于模型的航空發(fā)動機(jī)視情維修綜合決策支持體系研究[C]//第一屆維修工程國際學(xué)術(shù)會議論文集，2006.

[2] 張永. 發(fā)動機(jī)孔探數(shù)據(jù)在健康管理與安全運(yùn)行預(yù)測中的應(yīng)用[J].航空維修與工程，2011，264（6）：53-55.

作者簡介

張忠年，高級工程師，主要從事發(fā)動機(jī)孔探工作。

龔帥，高級工程師，主要從事發(fā)動機(jī)孔探工作。