综合发动机健康管理系统

综合发动机健康监测系统用于燃气轮机航空发动机G F Tanner - 控制系统部，劳斯莱斯公司

J A Crawford C E“〜M IEEMRI - 预测服务业务，数据系统与解决方案

G F Tanner

经理，特伦特900发动机监控系统

劳斯莱斯公司

德比DE24 8BJ英国

+44（0）1332 247862（办公室）

graham.tanner@

SIN C-3 PO BOX 31

J Crawford CEng MlEE MRI

技术开发经理

预测服务业务

数据系统与解决方案

德比DE24 8BJ英国

t44（0）1332 777509（办公室）

+44（0）7967 000323（手机）

jack.crawford@ds-scorn

1介绍

劳斯莱斯已经开始了一项战略，将综合的健康监测能力纳入其燃气轮机发动机的产品和服务。受益于这种能力的第一架飞机将是特伦特900动力空客A380。本文介绍了启动这一战略的项目及其旨在提供的全面服务。它概述了项目开始时考虑的一些业务案例问题，以及反映在项目期间应计的预期财务收益的成本模式。

本文中的大部分内容用于描述用于执行实时参数分析和异常检测的引擎监控系统。该系统的输出可以传递到地面计算机资源进行进一步分析，以预测，分类和定位发展中的发动机故障和异常情况。

发动机和发动机之间的计算资源的最佳组合是技术解决方案的关键，该解决方案提供了降低发动机过载寿命运行和维护成本的成本效益的手段。因此，本文的后半部分描述了这些现场资源如何整合到整体引擎健康监测（EHM）过程中，以及对总体EHM功能划分的方法。数据系统和解决方案（DS＆S）专门从事燃气轮机发动机性能分析和解释，为全球发动机制造商和飞机运营商提供广泛的EHM服务。DS＆S正在与劳斯莱斯密切合作，最大限度地发挥这种整合发动机状态监测方法的有效性。

2 EHM业务案例概述

为了证明将EHM系统设计成新的燃气轮机产品所需的开发成本不算太大，对下游经济效益预测进行了详细的分析。这种分析集中在使用预期的EHM系统造成的成本节约的两个主要领域：

1.通过避免“惊喜”失败，减少在职业务中断。

2.由于更多的在役知识和故障识别而导致的改进的维护过程，导致更具选择性和成本效益的引擎条带程序和零件更换。

对于项目1，结合能够检测初始故障的系统的潜在好处，如果允许其完全发展，则可以容易地显示发动机部件的重大操作中断和可能的昂贵的二次损坏。然而，添加任何复杂的电子设备将在一定程度上降低发动机的基本可靠性。

通过对工程设计的仔细关注，并确保附加组件不具有发货关键性，已经表明，其优点将很快超过这种小的可靠性损失。

通过两种方式对失效防范分析进行了比较，以预测效果：

a）研究了类似燃气轮机产品的在役车队数据，以评估如果存在EHM系统，可能会避免或显着降低的实际故障和相关维护成本。

b）审查了类似设计的在役燃气轮机的故障模式效应分析（FMEA），以评估可以通过EHM功能预测性检测的那些故障，以便采取适当的措施来避免产生的结果。

对a）的在役车队数据的研究表明，假设新发动机类型将对现有产品展现出类似的故障特征，将舒适地实现发动机车队销售情况的财务盈亏平衡点。

福布）大约百分之二十的FMEA列出的失败可能潜在地被预测; 然而，很难将这些信息与成本基准所需的维护数据相关联。

因此方法a）用于效益分析。

对于项目2，维护收益分析主要是根据某些机械故障导致的主要次级损害的避免进行评估。这表明如果只能避免几个重大的失败发生，那么会产生实质的好处。

3 EHM系统概念

应用于Trent 900 / A380程序的总体和关闭引擎系统如图3.1-1所示，显示了关键数据流路径。

3.1发动机系统

特伦特900发动机监控系统是发动机控制和监控系统（ECMS）的子系统，由一个电子发动机监控单元（EMU）组成，其中包含安装在发动机风扇箱上的相关换能器，以实现最佳的系统性能。

EMU内的计算资源和发动机上相关联的监测传感器的紧密接近，提供捕获和处理高带宽信号的能力，而不受限制01有限的数字传输速率，长时间运行的电缆重要性以及暴露于电气辐射和雷电威胁。它还允许车载系统中的健康监测检测限制适应单个引擎，以便解决正常的降级和性能偏差，从而减少假警报。在将动力单元作为发动机的组成部分的同时，避免了发动机从其健康状态“记忆”中被移除，更换或以其他方式分离时出现的后勤问题。

EMU包含两个处理模块，如图3.1-2所示。信号处理模块输入模拟信号，并进行频域变换。主处理模块使用频域数据并执行各种EHM算法。

3.1.1监控系统输入

EMU在内部计算资源中占用了下列引擎输入：

专用传感器

以下换能器直接连接到动车组

●双通道加速度计

该发动机安装的振动传感器提供的加速度计输入类似于以前的Trent发动机所使用的输入，它们没有采用完整的EHM功能。

●气压攻丝（P25，P50，P160）

这些发动机气体路径压力不需要用于控制目的，但有利于发动机性能监测。因此认为将压力直接输送到含有适当的压力传感器的EMU中是适当的。除了静态压力测量之外，通过使用高分辨率A-D来取样要采集的信号，在EMU中提供了提取动态信息的可能性。

●电磁芯片检测器（EMCD）

EMCD用于发动机机械系统监测，可以获得产生金属碎屑进入油系统的机械故障早期警告。可以在Trent 900上采用更先进的系统，作为可以推导出碎片大小和粒子数的后续介绍。

控制系统输入

控制系统以模拟和数字形式输入监控系统。从发动机电子控制器（EEC）接收以下模