基于大數據分析進行A320 飛機引氣超溫預防性維修

■ 矯健強/浙江長龍航空有限公司

0 引言

引氣系統(tǒng)是飛機的重要系統(tǒng)之一，直接影響飛機空調系統(tǒng)和增壓系統(tǒng)，影響旅客的舒適度和航空安全。飛機的引氣系統(tǒng)提供壓力和溫度可調的氣源，供下游空調、增壓等系統(tǒng)使用，引氣系統(tǒng)失效將導致下游系統(tǒng)無法使用，客艙壓力無法保持。

空客A320 飛機發(fā)動機引氣系統(tǒng)AIR ENG 1（2）BLEED FAULT 故障信息在飛機日常維護中出現的比例較高，該故障是因超溫或超壓造成，如果維修人員無法獲取WQAR 數據，只能依據空客公司TSM 排故手冊和維修人員工作經驗制定排故方案，故障能否及時準確地排除，在很大程度上依賴于維修人員的工作經驗。因此，通過WQAR 監(jiān)控引氣系統(tǒng)的超溫和超壓進行預防性維修可以大大減少飛機故障，準確完成排故。采取預防性維修方式是通過大數據分析歸納總結引氣超溫情況，確認系統(tǒng)參數正常性范圍，將之運用于系統(tǒng)監(jiān)控，對監(jiān)控發(fā)現的性能退化的飛機系統(tǒng)提前采取維修措施，使之恢復到合理的范圍，避免飛機帶隱患執(zhí)行航班。預防性維修能大大降低系統(tǒng)故障，降低系統(tǒng)完全失效的發(fā)生概率，有效保障航班安全。

利用EMS 平臺分析發(fā)現，飛機B-88XX 執(zhí)行航班過程中，一段時間內在爬升階段出現瞬時超溫現象，由于A320 的超溫故障信息在phase 4 和phase 5 被抑制，飛機未報故障信息，如果飛機一直帶隱患執(zhí)行航班，將增加雙引氣失效的概率，應提前制定排故方案消除隱患。

1 發(fā)動機引氣系統(tǒng)工作模式

1.1 發(fā)動機供氣方式

如圖1 所示，CFM5B 發(fā)動機引氣系統(tǒng)有兩個來源，分別是中壓級引氣和高壓級引氣。中壓級引氣來源于發(fā)動機壓氣機5 級，高壓級引氣來源于發(fā)動機壓氣機9 級。當發(fā)動機處于低功率狀態(tài)時，高壓引氣活門將打開，由高壓級提供引氣；高壓引氣活門關閉時，由中壓級提供引氣。引氣經過壓力調節(jié)活門的調壓和預冷器的調溫，產生合適溫度、壓力的引氣，供給下游用戶使用。

圖1 飛機引氣系統(tǒng)原理示意圖

1.2 主要部件及其工作方式

發(fā)動機引氣系統(tǒng)由引氣監(jiān)控計算機（BMC）進行控制，主要部件包括高壓引氣活門（HPV）、壓力調節(jié)活門（PRV）、超壓活門（OPV）、調節(jié)壓力傳感器（8HA）、控制電磁閥（TLT）、風扇空氣活門（FAV）、恒溫控制器（TCT）和溫度傳感器（6HA）。

引氣系統(tǒng)壓力調節(jié)通過PRV 將下游靜壓調節(jié)在（44±4）psig 之間，控制引氣流量，并提供反流保護。PRV 的控制電磁閥（TLT）負責控制PRV 的開關。超壓活門為安全裝置，在系統(tǒng)超壓時可完成氣動關閉。系統(tǒng)包含多個信號管（sense line），用于傳遞壓力信號、作動相應的活門。系統(tǒng)的兩個壓力傳感器可探測調壓前后的壓力，將壓力值傳遞給BMC，并提供ECAM 上的顯示。

引氣系統(tǒng)溫度調節(jié)通過FAV 提供冷卻空氣到預冷器，從TCT 得到壓力信號調節(jié)溫度到200 ±15℃，6HA 測量預冷器下游溫度，提供相關電信號給BMC。

2 引氣系統(tǒng)監(jiān)控預防性報警開發(fā)

2.1 故障特征分析

利用EMS 平臺統(tǒng)計B-88XX 飛機2018 ～2020 年的航班數據，如圖2 所示。圖中橫坐標表示航班運行中系統(tǒng)出現的最大溫度值，縱坐標表示航班次數，根據95%置信區(qū)間，可以認為采集到的最大溫度值數據95%的數據是合理的，將過大或過小的數據視為異常數據，初步確定引氣溫度的正常范圍為{190-210}。

圖2 B-88XX飛機引氣溫度（R）概率分布頻率

2.2 確定正常溫度分布

統(tǒng)計運行的28 架A320ceo 飛機近5 年航班的引氣溫度數據，共有231031份右側引氣溫度樣本，如圖3 所示，基本符合正態(tài)分布。

圖3 A320機隊引氣溫度（R）概率分布頻率

標準差分析如表1 所示，認為3σ的概率99.71%足以篩選出正常范圍數據，即{180.5-209}，因此對A320ceo飛機引氣超溫的監(jiān)控應參考此為基數。

2.3 確定監(jiān)控門檻值

由統(tǒng)計數據發(fā)現，引氣超溫多發(fā)生在發(fā)動機推力增加時。故監(jiān)控邏輯為：飛機離地前至飛機落地（phase 04 ～phase 07）?；跇藴什畹姆治鲆约癆MM 給出的215 ℃正常調節(jié)上限，如果A320ceo 飛機引氣溫度超過240 ℃， 會 出 現ENG 1 （2） BLEED HI TEMP 維護信息；超過257 ℃并持續(xù)55s， 會 出 現ENG 1（2） BLEED FAULT 警告信息，據此制定215℃的監(jiān)控閾值。

3 模型驗證

1）案例一：2021年4月2日，B-81XX飛機引氣溫度超過215℃，如圖4 所示，之后一個月內多次超過門檻值，由于超溫未達到飛機的警告值，機上沒有警告信息。更換TCT 后，系統(tǒng)性能恢復正常。

2）案 例 二：2021 年5 月20 日，B-88XX 飛機引氣溫度超過215℃，如圖5 所示，之后多次超過門檻值，由于超溫沒有達到飛機的警告值，機上沒有警告信息。更換TCT 后，系統(tǒng)性能恢復正常。

圖5 B-88XX監(jiān)控看板

上述兩個案例證明監(jiān)控模型有效。同時，對歷史數據進行梳理，發(fā)現已有多起引氣系統(tǒng)超溫故障被監(jiān)控模型提前發(fā)現，從而進一步驗證了監(jiān)控模型的有效性。

4 結束語

預防性維修是指在未發(fā)生故障之前對系統(tǒng)進行綜合性的檢查、監(jiān)測，及時發(fā)現故障征兆，消除故障隱患，防患于未然。預防性維修通過譯碼軟件自動對航班WQAR 數據進行解碼，將成千上萬航班數據進行大數據歸納分析總結，并利用大數據分析工具找出系統(tǒng)工作規(guī)律，確定系統(tǒng)參數合理的性能范圍，以此為參照標準對飛機系統(tǒng)參數進行持續(xù)的不間斷的跟蹤監(jiān)測，一旦發(fā)現系統(tǒng)性能退化將觸發(fā)警戒，而此時系統(tǒng)并未完全失效還能繼續(xù)工作，從而為后續(xù)排故措施的合理安排、系統(tǒng)性能的恢復爭取到寶貴時間。預防性維修以可靠性為中心理論，以最少的維修資源消耗提高系統(tǒng)的可用性，綜合運用多種維修方式，克服了單一維修方式的不足，能夠有效減少非計劃維修工作的發(fā)生，有效降低飛機故障率，提升設備可靠性，提高系統(tǒng)的安全性和經濟性，最終提升系統(tǒng)整體管理水平。