航空发动机作为战机的心脏,其性能将直接决定战机的作战能力。战机对航空发动机的可靠性要求极高,任何故障都可能影响飞行安全,甚至带来灾难性后果。
航空发动机结构极其复杂,其零部件长期处于高温、高压的苛刻环境中工作,故障率较高,因此需要有精确高效的设备对航空发动机进行实时“健康”监测,及时预警“心脏病”的发生。由此,航空发动机健康管理(Engine Health Management, EHM)系统应运而生。
最初的航空发动机结构相对简单,需要测量的参数较少,主要通过地面试车检查发动机参数的变化,再根据经验来制订相应的维修策略。随着科技不断进步,航空发动机的结构越来越复杂,需要测量的参数越来越多,也增大了预防“心脏病”的难度。EHM系统相当于航空发动机的“私人医生”,通过大数据分析发动机运转过程中传感器所收集到的海量数据,从而及时发现和预防“疾病”。
EHM系统是如何工作的呢?第一阶段是采集数据,数据的来源是多方面的,有实时数据,也有历史数据,比如来自“黑匣子”的飞参数据、来自地面检查的维护数据,等等。这些数据构成一个庞大的数据集,EHM系统通过大数据手段剔除无用数据,提取数据特征,并进行分类整理和优化。第二阶段是实时诊断,EHM系统能够根据相关数据建立起发动机的数字“孪生体”,当实体发动机发生变化时,数字“孪生体”也发生相应变化,如此就可以及时呈现和评估发动机的工作状态,并据此预测部附件故障发生的时机和剩余寿命,对发动机健康状态进行综合评价。一旦出现异常,EHM系统往往能立即发现,并对发动机的隐患进行诊断,给出科学合理的维修决策。
EHM系统是一项军民两用技术,从20世纪80年代开始,美军在“多用途先进涡轮航空发动机计划VAATE”中重点提出发展EHM系统,虽然个别技术已经开始应用,但与EHM系统相关的许多工作仍然处于探索阶段,其成熟度无法满足要求,应用范围有限。当前,美军F-35战机上的EHM系统仍在不断研制改进中,技术成熟度方面仍面临着诸多困难和挑战。
耐高温电子传感器技术的发展,计算机芯片功能的增强,以及人工智能的广泛应用,使EHM系统的智能化成为可能,为借助它降低维护成本、提高发动机可靠性和安全性提供了更有力的技术支撑。这种发展趋势与前景,也使其成为更多国家重点发展的技术项目。如此循序渐进,作为战机的“私人心脏医生”,EHM系统未来的功能一定会更加全面,“医术”将会进一步提升,集成在更多国家研制的先进发动机中。