CFM56—3民航发动机控制系统故障诊断系统

邢凯铭

摘 要：该文介绍了CFM56-3民航发动机故障诊断系统的基本概念方法，阐述了发动机控制系统故障诊断分析系统的研究。通过将故障隔离手册通过VB编程对其进行可视化，对CFM56-3发动机故障诊断进行指导和分析，并介绍发动机地面试车验证和诊断故障的方法，指出了该领域有值得更加深入研究的参考价值和发展趋势。

关键词：CFM56-3发动机 控制系统 故障诊断

中图分类号：V26 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）05（c）-0042-03

为了提高民航发动机系统的可靠性和安全性，迫切需要建立一个完善的诊断系统来监护其运行的完好程度与故障隔离，实时检测出系统的变化和故障信息，进而采取必要措施，防止事故的发生，由此出现了故障的检测、诊断和分离技术。控制系统故障诊断技术是一门应用型边缘学科，其基础理论是现代控制论、计算机工程、数理统计、信号处理、模式识别、人工智能和神经网络以及相应的应用学科，对它的研究已成为控制领域的前沿课题[1]。

随着我国航空客货运发展的不断提高，各个客货运航空公司的飞机老龄化速度加快，许多航空公司还拥有不少737CL飞机，例如：南航河南分公司拥有3架，长龙航空拥有3架，顺丰快递航空拥有12架，扬子江航空公司拥有12架。众所周知，737CL飞机是装配了CFM56-3发动机，随着飞机老龄化的加速，CFM56-3发动机系统出现故障的概率不断加大，也就加剧了航空运输的危险性，如顺丰快递航空和长龙航空公司在发动机性能管理和故障诊断上并没有高水平的技术人员和完善的技术系统支持，这就要求在此基础上研发较为切实可行的系统来支持小航空公司以及大航空公司的CFM56-3发动机的实时监护和故障诊断，一旦航空发动机发生故障会造成巨大损失，因此，提高系统的可靠性与安全性，提高故障诊断技术水平具有十分重要的意义。

1 故障隔离可视化手册

故障隔离可视化手册是基于故障隔离手册查询程序的基础上开发的，通过VB数据库编程，将手册上的内容以一定的逻辑体现在数据库中，可以使业务水平不高和英文水平有限的机务维修人员利用此项目进行查询故障隔离手册，提高了维修效率，为航空公司节约了维修成本。

1.1 故障隔离可视化手册

故障隔离可视化手册主要包括数据库的建立和VB的开发两个方面。

1.1.1 故障信息数据库的建立

首先构建CFM56-3发动机故障现象与故障原因对照目录与关系表，工作人员选择要查找的现象所属的发动机系统，如燃油系统、滑油系统，通过输入故障现象信息关键字，按照TASK ID，在故障隔离手册中找到相关的可能故障原因及故障隔离措施，将故障原因及隔离措施故障信息全部输出以供技术人员进一步分析和操作，提高了故障隔离的效率，还要进一步对CFM56-3发动机故障样本进行统计分析，找出发动机所出现过的故障，以部件故障为主体，建立关于其故障的故障信息、故障描述、发生地点和涉及系统等方面的数据库。

1.1.2 VB数据库的开发

根据所编译的代码和以上数据库的表达建立相应的Form，制作不同的表达窗口，将数据库导入ACCESS中，并将其连接到VB中，即可完成，具体过程较为繁琐，此处不一一说明[2]。

1.2 故障隔离可视化手册使用举例

1.2.1 故障背景

2003年5月，公司一架737CL飞机执行航班，飞机昆明落地脱离跑道后二发出现ENG FAIL信息，而后二发自动停车，按照相关程序检查排故未发现问题，根据GE建议及工程评估，更换了怀疑有问题的MEC、燃油泵、PMC、翼梁活门作动器4个部件后，飞机放行。

1.2.2 排故检查

数据显示，飞机自下降至落地期间，发动机参数变化正常，在使用反推收油门后，二发参数逐渐下降，供油量快速下降，最终由87跳至0单位，发动机自动停车，在转速下降至0之后，机组启动手柄放停车位，发动机自新至5月18日航线维护未报告任何故障，按照相关程序检查排故未发现问题，发动机使用时间为：TSN/CSN 930/510，装机至今未发生任何发动机故障。

1.2.3 检查结果

GE建议按照AMM完成相应的检查后，更换燃油泵和MEC后放行发动机。

CFM资料显示，近期MEC故障引起3起发动机事件。具体如表1所示。

在近期的空停事件中的故障处理过程中，可以根据已建立的故障信息数据库，通过查询比较和可视化故障隔离手册的应用，较为快速地进行故障隔离，减少求助于GE公司等待的冗长时间，为小航空公司的运营节约了较大的人力财力成本。

2 CFM56-3发动机地面试车排故方法

随着科学技术的不断进步，现代航空发动机的设计技术日臻成熟，数字技术的应用也使新型发动机排故工作越来越简单，但目前机械液压控制的发动机仍在大量服役，CFM56-3发动机利用地面试车方法式进行故障诊断分析的重要手段。

CFM56-3发动机是CFM国际公司研制的民用大涵道比涡轮风扇发动机，于1984年装备到B737-300/400/500飞机上，20多年来以高可靠性、良好的经济性和较低的拥有成本受到用户的好评。在控制方式上该发动机采用机械液压式（主发动机控制器，简称MEC）的控制为主、电子调节为辅（功率管理控制器，简称PMC）的控制方式。主发动机控制器是一个全机械液压控制装置，承担发动机的主要控制任务，功率管理控制器主要用于精确控制发动机推力，即N1转速的精确调节，同时它还可以防止起飞时发动机转速N1转速超调、减少发动机排气温度EGT超调量提高EGT裕度。

在发动机工作过程中，控制系统的附件故障或调节不当都会引起发动机参数变化，通过地面试车收集发动机相关参数，再分析参数变化规律，从而缩小故障范围，有助于节省工时，避免浪费航材、提高工作效率、保证航班正点率。对发动机测试时，在条件许可下应同时对2台发动机进行测试，分别记录其参数：第一，对于部分不能确定故障发动机的故障现象（如油门杆错位），可通过分析对比2台发动机参数来判定故障发动机；第二，通过比较发动机之间对应参数情况（如N1/N2对应關系等），分析故障发动机参数变化情况，确定发动机故障系统；第三，比较飞行记录的故障现象和地面试车故障现象，如存在差异则说明该故障有可能与发动机的空地状态有有关 。

发动机地面试车排故主要包括3个不同转速下的发动机性能测试：慢车转速检查和部分功率检查，以及最大功率确认检查。

（1）慢车转速检查

慢车转速检查主要用于检查发动机在低转速状态时，特别是涉及发动机加速和起动问题。

（2）部分功率检查。

在2台发动机N2或者N1一致的条件下，对比2台发动机N1/N2对应关系，可以确认可变几何控制系统的工作情况，如果部分功率检查不能满足两台发動机N2或者N1一致时，则可通过最大功率确认检查来完成在最大功率确认检查时，2台发动机N1转速是一致的。

（3）最大功率确认检查

最大功率确认检查是发动机处于大转速状态下进行的，其主要作用有两方面：首先，可以评估EGT裕度（如飞行员反映起飞EGT较高时），适用于判断排气温度高的故障现象；其次，可使两台发动机获得相同的N1转速，从而比较2台发动机同一N1转速下的N2值，评估发动机可变几何控制系统的工作情况。

在利用地面试车完成发动机排故时，有时可能并不需要完成以上所有测试，究竟应该选择哪些测试应根据发动机的故障现象以及故障出现时的发动机转速，可以通过故障隔离可视化手册和飞机所给出的数据对比加以确定。

故障诊断实例如下。

（1）故障现象：1998年2月17号，一架B737-300飞机在天津执行航班时，在地面机务人员发现1号发动机MEC漏油超标，于是便进行排故。

（2）对故障的排故检查：此故障在故障隔离可视化手册中有所描述，启动相关程序进行机的N1/N2之间的对应关系相差较大，则说明其中一台发动机可变几何控制系统故障，检查排故。首先进入发动机案例中，在查找故障部件选项中输入MEC后便可查到其所涉及到的章节，如图1所示。

（3）对此故障的检查和分析：将涉及的章节输入到故障隔离手册章节中进行查找内容，如图2所示。

（4）故障处理：通过故障隔离可视化手册进行分析后，便可隔离出故障为MEC到伺服燃油控制系统一接头封严圈损坏，然后通过AMM手册进行维修，更换MEC接头封严圈后故障消失，测试正常。

3 结语与展望

3.1 结语

该文研究的主要内容是介绍了CFM56-3民航发动机系统故障诊断的主要手段：故障隔离可视化手册和发动机地面试车排故方法。

故障隔离可视化手册是按照故障隔离手册开发的，在很大程度上已能达到改善故障隔离所造成的繁琐的步骤，提高了查找故障的效率。虽然笔者初步已完成的编写软件较为简单，有所局限性，但这种方法已经能够提高故障诊断的效率，如果有专业人员进行合作开发将会使可视化手册编的更加完善，对机务排除所有复杂故障将会有很大帮助。

利用发动机地面试车排故方法对故障进行隔离，能够解决大多数故障树不能解决的发动机系统故障，能够减少航材的误换，节约误拆零部件的时间，可大大提高维护效率，节约维修成本，提高发动机的签派可靠性，对航空公司提高航班正点率，降低运营成本，提高经济效益具有较大意义。

通过发动机地面试车数据分析和故障隔离可视化手册的结合使用，合理评估故障隔离方案，可以最大程度地提高故障排除的速度与精度。

3.2 展望

CFM56-3民航发动机故障诊断系统的研发，还有一些工程和技术上的问题需要进一步深入研究和探讨，通过故障信息数据库的建立，可视化手册的推广，民航技术人员的协作努力，民航发动机控制系统故障诊断系统将会给各航空公司带来巨大的帮助。

参考文献

[1] 孙春林，林兆福.航空发动机状态监控和故障诊断系统[D].中国民航学院，1989.

[2] 龚沛曾，陆慰民，杨志强.Visual Basic程序设计简明教程[M].北京高等教育出版社，2003.