通航小型发动机的滑油监控系统研究

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(1. 中国民航管理干部学院 通用航空系， 北京　100102； 2. 中国民航飞行校验中心 机务工程部， 北京　100621)

引言

通用航空飞机通常用“低、小、慢”来描述其运行特点，即较小的机型在较低的高度范围以较慢的速度飞行。我国国土幅员辽阔，部分高原飞行航路山高人稀，气候复杂多变，不同和极端使用环境都对发动机正常使用和发动机内部腐蚀有很大影响。与此同时，随着我国空气污染问题日益严峻，通航小型发动机的运行寿命远远低于欧美等通航发达国家的发动机使用寿命。

全球主要发动机制造商都开发了各自的发动机视情维护系统进行健康监视。例如ECM系统、TEAMⅡ系统、ADEPT系统、GEM系统、COMPASS系统等，此类系统运行维护成本高，我国的大部分通航企业难以负担；另外，这些国外监控系统的在线监测，难以保证发动机的数据安全。我国近年来开展了一些针对发动机健康监视系统的研究，部分已经在运输航空公司进行试用，但这些技术和系统设计主要针对运输航空的飞行特点和发动机特征，与通航运行的小型发动机差异较大，应用于通用航空器发动机监控时，系统的“虚警”率较高。由于我国通用航空机队规模有限，关于通用飞机小型发动机的健康管理系统，我国目前在理论研究和系统设计方面基本处于空白阶段。

1　系统组成

滑油监控系统的监测对象包括滑油压力、滑油温度，滑油消耗量、滑油屑末收集、滑油光谱分析，滑油铁谱分析等内容。结合通航小型发动机的特点和通航飞行特征，监控系统包含监测滑油消耗率和磁堵油滤颗粒分析两个模块，监视和处理流程具体如图1所示。

图1　通航发动机滑油监控系统组成

基于飞机维护手册的要求，滑油监控系统结合通航飞行特点进行了系统模块设计。滑油监控系统同时对滑油消耗量和磁堵油滤进行监测，根据手册的要求进行故障监测，并结合各个测量变量的变化趋势确定发动机的状态，为维修工作的开展奠定基础。滑油消耗量的监测通过滑油加注量和剩余量来计算单位时间内的滑油消耗，比对手册中的滑油消耗阈值确定飞机是否可继续运行。如果发动机出现故障，需结合滑油消耗量和磁堵油滤监测结果确定故障位置，必要时借助孔探等手段进行故障查找，再按照手册要求进行排故，此后对发动机试车，重新监测相关测量变量的数值。磁堵油滤监测后的颗粒需送至专门监测机构进行成分分析，进而查找发动机损坏部位，再按照手册要求排故，最后重新进行监测判断是否可恢复运行。

2　滑油消耗量监控

滑油消耗量的监测主要是每次飞行任务结束后记录滑油消耗量，同一飞机两台发动机进行对比，计算10 h飞行内的平均滑油添加量，将该数值与手册中的滑油消耗上限值进行比对。如发现消耗量超标，立即按要求进行处理。通过对发动机滑油消耗量的跟踪观察记录，确定发动机滑油消耗的状态，进而找出漏油、部件失效等不正常状态的原因。如果滑油消耗量超过飞机手册规定的上限，应停止飞机运行，并进行地面试车，再次测定滑油温度和滑油消耗量，为了避免数据误差，地面试车时应尽量减少慢车时间。

如果发动机滑油消耗量低于手册规定的阈值，但出现滑油消耗量增加的情况时，应结合飞行任务的特点综合分析确定发动机的状态。与运输航空飞机的发动机相比较，通航飞机发动机单位时间内的滑油消耗量较大，这主要是由于通航飞机飞行高度低，空气质量较差等原因，不同飞行区域内的滑油消耗量可能存在较大差异。滑油消耗量过大的其他可能原因主要包括：滑油加注不规范，加油量过多或过少，外部漏油，轴承内部、连接交叉部的机械损伤等。滑油加注过多或过少都可能会增加滑油消耗量，滑油加注过多，供油时气路不通畅，会出现甩油的现象从而加大滑油消耗量。以普惠发动机为例，发动机手册建议滑油加注量应在厂商建议的最低量和最大量之间，最节油的方式是使滑油量刚刚超过最低线即可。

3　磁堵油滤分析

磁堵油滤的监测通过对发动机磁堵油滤中颗粒成分的分析以及发动机滑油油样的分析，确定发动机内部磨损状况，进而监控那些发动机内部无法接近和观察到的部件的安全状况。定检时检查磁堵油滤上颗粒的性质，送至专业实验室进行测定，查处超标颗粒后立即按要求进行处理。利用滑油分析技术监控发动机机械部件的磨损情况， 再利用无损探伤技术检查发动机部件损伤，确定发动机的健康状况。

在实际运行中，由于通航企业资金实力有限，且业务较少具有长期性和稳定性，外站保障能力较差，建议通航企业自带发动机加注的滑油，以备航前航后检查时添加，避免因滑油质量问题引发的检测异常。

4　结论

针对通航飞机特征和飞行特点设计了通航飞机发动机滑油监控系统，本系统已在中国民航飞行校验中心进行试用。针对系统监测结果，分析了发动机滑油系统部分异常现象的典型原因，并结合实际工作经验提出通航发动机维修保障建议。该系统为加强发动机的性能趋势监控、确保发动机机队持续安全提供了重要的技术手段。

参考文献：

[1]王施，王荣桥，陈志英，樊江，申秀丽.航空发动机健康管理综述[J].燃气涡轮实验与研究,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]富涛. 民航发动机健康管理——在翼发动机寿命预测[D].天津：中国民航航空学院，2006.

[5]李强. 民航发动机健康管理技术与方法研究[D].南京：南京航空航天大学，2008.

[6]孙护国，霍武军，于海滨. 航空发动机滑油系统监控与诊断技术[J]. 航空科学技术,2000, (4): 23-24.

[7]刘磊. 航空发动机状态监控与故障诊断技术[D].广汉：中国民航飞行技术学院，2006.

学会专家企业行

在奉化市科协、国家气动产品质量监督检验中心(以下简称“中心”)、宁波市液气密协会、奉化市气动工业协会等相关领导人员的陪同下，来自流体传动与控制分会(以下简称“分会”)委员单位清华大学、北京航空航天大学、北京理工大学、武汉材料保护研究所等院校的专家对威克斯液压、亿太诺气动科技、星宇电子、亿日气动科技、索诺气动、佳尔灵气动机械、中意液压马达和欧意液压等宁波市的气动液压骨干企业进行调研，参观了企业的机加工、产品装配车间、质量检测实验室、产品设计研发部门等，听取了企业在气动液压新产品开发、产品可靠性、关键性能指标提升等领域的最新进展，并给予建议。专家们指出，在宁波、奉化的气动液压企业的努力下，企业生产线的自动化程度、从业人员的素质有了非常大的提高，经营者更加重视新产品的研发，某些气动产品的指标已经接近或达到国际领先水平，奉化气动在国际上的知名度和认可度也不断提高。并且，气动产品的应用领域已经扩展到汽车尾气处理、动车、太阳能发电等专用领域，正在逐步实现差异化发展。针对亿日气动、索诺、佳尔灵等企业提出的气动产品表面氧化处理、环保后处理方面的技术难题，由武汉材料保护研究所的欧阳贵主任和张帆老师重点对接，已经与上述多家企业达成初步意向，双方将就技术合作细节做进一步深入探讨和交流。

一、组织企业代表进行交流座谈

分会领导、专家走访了佳尔灵位于气动产业园的新厂房和设备后，学会领导、技术专家、以及来自奉化气动骨干企业的二十余名企业老总就近在佳尔灵的会议室内开展座谈会，就校企产学研合作、学会工作站对接服务等工作进行交流。企业老总们表示，在目前的经济大环境下，企业正处于由粗放型向精细化转变的重要阶段，希望在今后加强与高校的对接，同时希望学会帮助企业引进气动液压领域高水平的技术人才。并且，对分会在奉化设立服务站给予高度的评价，希望在气缸、电磁阀产品自动化检测、表面处理等项目上开展合作。分会专家也对奉化气动企业的快速发展感到欣慰和鼓舞，也希望进一步加大与企业间的合作，将中国气动产业做大做强。

二、为国家气动中心的发展建言献策

分会领导、专家还在奉化市市场管理局傅岳炳局长的陪同下，参观了中心。中心路波主任就气动检测业务、科研项目承接、实验室建设开发、标准制修订等工作进行了详细的介绍。并重点介绍了中心与企业的对接制度，中心会定期安排技术人员联系、走访企业，了解企业的实际需求，发挥中心作为检测和技术服务平台的作用。孔祥东主任对中心在推动气动产品质量提升、扩大宁波气动产业在国内外的影响力等方面的工作给予高度的肯定。并建议中心继续发挥作为气动领域质量检测、标准宣贯、技术咨询、科研开发等公益效应，更好地为企业服务。