基于大数据分析进行A320飞机引气超温预防性维修

来源:用户上传      作者:矫健强

　　摘要：引气系统一直是A320系列飞机故障率较高的系统，可采用当前维修管理中备受关注的预防性维修方法进行故障预防。预防性维修能够降低飞机引气系统的OI率，保证航班运行顺畅，减少非例行故障，合理优化人员安排和航材储备，从而提升维修管理水平，提高航空安全裕度，降低航空公司的成本。
　　关键词：引气系统；预防性维修；正态分布；WQAR
　　Keywords：bleed system；predictive maintenance；Gaussian distribution；WQAR
　　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。
　　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}。
　　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。
　　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。
　　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y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。

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