基于大数据分析进行A320 飞机引气超温预防性维修
2022-08-27矫健强浙江长龙航空有限公司
■ 矫健强/浙江长龙航空有限公司
0 引言
引气系统是飞机的重要系统之一,直接影响飞机空调系统和增压系统,影响旅客的舒适度和航空安全。飞机的引气系统提供压力和温度可调的气源,供下游空调、增压等系统使用,引气系统失效将导致下游系统无法使用,客舱压力无法保持。
空客A320 飞机发动机引气系统AIR ENG 1(2)BLEED FAULT 故障信息在飞机日常维护中出现的比例较高,该故障是因超温或超压造成,如果维修人员无法获取WQAR 数据,只能依据空客公司TSM 排故手册和维修人员工作经验制定排故方案,故障能否及时准确地排除,在很大程度上依赖于维修人员的工作经验。因此,通过WQAR 监控引气系统的超温和超压进行预防性维修可以大大减少飞机故障,准确完成排故。采取预防性维修方式是通过大数据分析归纳总结引气超温情况,确认系统参数正常性范围,将之运用于系统监控,对监控发现的性能退化的飞机系统提前采取维修措施,使之恢复到合理的范围,避免飞机带隐患执行航班。预防性维修能大大降低系统故障,降低系统完全失效的发生概率,有效保障航班安全。
利用EMS 平台分析发现,飞机B-88XX 执行航班过程中,一段时间内在爬升阶段出现瞬时超温现象,由于A320 的超温故障信息在phase 4 和phase 5 被抑制,飞机未报故障信息,如果飞机一直带隐患执行航班,将增加双引气失效的概率,应提前制定排故方案消除隐患。
1 发动机引气系统工作模式
1.1 发动机供气方式
如图1 所示,CFM5B 发动机引气系统有两个来源,分别是中压级引气和高压级引气。中压级引气来源于发动机压气机5 级,高压级引气来源于发动机压气机9 级。当发动机处于低功率状态时,高压引气活门将打开,由高压级提供引气;高压引气活门关闭时,由中压级提供引气。引气经过压力调节活门的调压和预冷器的调温,产生合适温度、压力的引气,供给下游用户使用。
图1 飞机引气系统原理示意图
1.2 主要部件及其工作方式
发动机引气系统由引气监控计算机(BMC)进行控制,主要部件包括高压引气活门(HPV)、压力调节活门(PRV)、超压活门(OPV)、调节压力传感器(8HA)、控制电磁阀(TLT)、风扇空气活门(FAV)、恒温控制器(TCT)和温度传感器(6HA)。
引气系统压力调节通过PRV 将下游静压调节在(44±4)psig 之间,控制引气流量,并提供反流保护。PRV 的控制电磁阀(TLT)负责控制PRV 的开关。超压活门为安全装置,在系统超压时可完成气动关闭。系统包含多个信号管(sense line),用于传递压力信号、作动相应的活门。系统的两个压力传感器可探测调压前后的压力,将压力值传递给BMC,并提供ECAM 上的显示。
引气系统温度调节通过FAV 提供冷却空气到预冷器,从TCT 得到压力信号调节温度到200 ±15℃,6HA 测量预冷器下游温度,提供相关电信号给BMC。
2 引气系统监控预防性报警开发
2.1 故障特征分析
利用EMS 平台统计B-88XX 飞机2018 ~2020 年的航班数据,如图2 所示。图中横坐标表示航班运行中系统出现的最大温度值,纵坐标表示航班次数,根据95%置信区间,可以认为采集到的最大温度值数据95%的数据是合理的,将过大或过小的数据视为异常数据,初步确定引气温度的正常范围为{190-210}。
图2 B-88XX飞机引气温度(R)概率分布频率
2.2 确定正常温度分布
统计运行的28 架A320ceo 飞机近5 年航班的引气温度数据,共有231031份右侧引气温度样本,如图3 所示,基本符合正态分布。
图3 A320机队引气温度(R)概率分布频率
标准差分析如表1 所示,认为3σ的概率99.71%足以筛选出正常范围数据,即{180.5-209},因此对A320ceo飞机引气超温的监控应参考此为基数。
2.3 确定监控门槛值
由统计数据发现,引气超温多发生在发动机推力增加时。故监控逻辑为:飞机离地前至飞机落地(phase 04 ~phase 07)。基于标准差的分析以及AMM 给出的215 ℃正常调节上限,如果A320ceo 飞机引气温度超过240 ℃, 会 出 现ENG 1 (2) BLEED HI TEMP 维护信息;超过257 ℃并持续55s, 会 出 现ENG 1(2) BLEED FAULT 警告信息,据此制定215℃的监控阈值。
3 模型验证
1)案例一:2021年4月2日,B-81XX飞机引气温度超过215℃,如图4 所示,之后一个月内多次超过门槛值,由于超温未达到飞机的警告值,机上没有警告信息。更换TCT 后,系统性能恢复正常。
2)案 例 二:2021 年5 月20 日,B-88XX 飞机引气温度超过215℃,如图5 所示,之后多次超过门槛值,由于超温没有达到飞机的警告值,机上没有警告信息。更换TCT 后,系统性能恢复正常。
图5 B-88XX监控看板
上述两个案例证明监控模型有效。同时,对历史数据进行梳理,发现已有多起引气系统超温故障被监控模型提前发现,从而进一步验证了监控模型的有效性。
4 结束语
预防性维修是指在未发生故障之前对系统进行综合性的检查、监测,及时发现故障征兆,消除故障隐患,防患于未然。预防性维修通过译码软件自动对航班WQAR 数据进行解码,将成千上万航班数据进行大数据归纳分析总结,并利用大数据分析工具找出系统工作规律,确定系统参数合理的性能范围,以此为参照标准对飞机系统参数进行持续的不间断的跟踪监测,一旦发现系统性能退化将触发警戒,而此时系统并未完全失效还能继续工作,从而为后续排故措施的合理安排、系统性能的恢复争取到宝贵时间。预防性维修以可靠性为中心理论,以最少的维修资源消耗提高系统的可用性,综合运用多种维修方式,克服了单一维修方式的不足,能够有效减少非计划维修工作的发生,有效降低飞机故障率,提升设备可靠性,提高系统的安全性和经济性,最终提升系统整体管理水平。