王華 石山

摘要：為了研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)磨損故障檢測(cè)技術(shù)，本文主要介紹了：油液理化分析法、光譜分析方法、磁塞分析法以及鐵譜分析方法。同時(shí)介紹了這幾種故障檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。目前主要通過滑油光譜分析儀和鐵譜分析儀針對(duì)滑油系統(tǒng)中所含的金屬元素含量和磨屑進(jìn)行檢測(cè)，以得到的金屬元素含量和磨屑參數(shù)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障進(jìn)行檢測(cè)。本文研究可以作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)磨損故障檢測(cè)過程中的參考。

關(guān)鍵詞：航空;發(fā)動(dòng)機(jī);磨損故障;鐵譜分析

前言

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜，這些復(fù)雜的系統(tǒng)雖然使飛機(jī)的飛行更加穩(wěn)定，但是一旦在飛行過程中發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障就會(huì)造成飛機(jī)的失控，帶來(lái)不可挽回的重大損失，因此應(yīng)當(dāng)及時(shí)的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障進(jìn)行檢測(cè)以保證飛行的安全和可靠，從多年的發(fā)動(dòng)機(jī)維修經(jīng)驗(yàn)中可以看出航空發(fā)動(dòng)機(jī)功能失效和失控主要是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部機(jī)件存在的異常機(jī)械磨損所造成的。

1.航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械磨損故障的常用檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用

由于機(jī)械磨損對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的影響是非常大的，因此我國(guó)的很多民航機(jī)構(gòu)都在致力于研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械磨損的檢測(cè)，目前，在我國(guó)，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)磨損進(jìn)行檢測(cè)時(shí)候主要有以下幾種方法：首先是磁塞分析方法;其次是油品理化性能分析法;再次是光譜分析法;最后是鐵譜分析法。其中每一種不同的檢測(cè)技術(shù)都有不同的檢測(cè)范圍，其中光譜分析的檢測(cè)有效范圍為小于5微米，最大范圍為10微米。鐵譜分析的有效范圍為1-200微米，而磁塞分析的有效范圍為大于50微米。下面對(duì)這些技術(shù)的檢測(cè)原理以及每種方法的具體應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

1.1 磁塞分析法及其應(yīng)用

在對(duì)滑油系統(tǒng)中磨損顆粒進(jìn)行收集的過程中比較簡(jiǎn)單的方法就是磁塞分析法。磁塞分析法的原理是在回路中的綜合油箱中插入磁塞，這樣能夠在將油液中的磁性顆粒過濾出來(lái)的同時(shí)將其定期取出。為了對(duì)吸附的磁性顆粒進(jìn)行分析判斷，并判別顆粒的大小和數(shù)量等特征，維護(hù)人員需要借助放大鏡或肉眼進(jìn)行觀察，進(jìn)而可以判斷是否需要更換潤(rùn)滑油。這是一種簡(jiǎn)單快捷的方法。能夠檢測(cè)尺寸較大的金屬磨屑，但是這種方法主要存在著對(duì)于微小顆粒和非磁性顆粒沒有作用的缺點(diǎn)。

在進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候在發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)中永久的安裝著磁塞、封油閥和一個(gè)磁性探頭構(gòu)成了整個(gè)磁塞，磁鐵會(huì)在探頭插入以后暴露在循環(huán)著的潤(rùn)滑油中，為了防止漏油，，應(yīng)當(dāng)定期的把磁性探頭取下時(shí)以保證主體內(nèi)的封油閥會(huì)自動(dòng)封閉油出口，通過對(duì)線路動(dòng)作的控制可以在磁塞磨屑過多的時(shí)候?qū)⒅鳈C(jī)停止運(yùn)行。必須在潤(rùn)滑系統(tǒng)中能得到最大捕獲磨屑機(jī)會(huì)的地方安裝磁塞，最好裝在管子的彎曲部位。

1.2 油液理化分析法

滑油的油品質(zhì)量會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)逐漸使用的過程中劣化，就會(huì)影響潤(rùn)滑效果，因此首先為了確定最經(jīng)濟(jì)有效的更換滑油的周期以減少機(jī)械磨損故障的發(fā)生可能性應(yīng)當(dāng)對(duì)滑油理化指標(biāo)的變化情況進(jìn)行監(jiān)控。然后為了提高滑油使用的科學(xué)性、有效性應(yīng)當(dāng)以檢測(cè)結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)一步的對(duì)滑油的衰變特性進(jìn)行分析。基于以上兩個(gè)目的進(jìn)行油液理化分析。

在具體的故障檢測(cè)過程中首先要弄清楚油液降解和污染的主要途徑及其重要表征參數(shù)：其中油液降解的主要表征參數(shù)有粘度、總酸值、總堿值、氧化深度、硝化深度、確酸鹽、抗氧劑水平、抗磨劑水平等，這種油液變質(zhì)方式的途徑主要有氧化、硝化、磺化、添粘以及加劑損耗。而油液污染的主要途徑有燃料稀釋、水分、冷卻劑、積碳以及固體雜質(zhì)，表征參數(shù)主要有閃點(diǎn)、粘度、燃料水平、水含量、冷卻劑水平、不溶物含量以及積碳水平。

具體的油液理化分析測(cè)試方法和內(nèi)容如下：戊燒不溶性實(shí)驗(yàn)測(cè)試、不溶物含量、積碳水平;粘度實(shí)驗(yàn)測(cè)量粘度;總酸、堿實(shí)驗(yàn)測(cè)量總酸值和總堿值;相對(duì)密度實(shí)驗(yàn)、閃點(diǎn)實(shí)驗(yàn)測(cè)量燃料水平;紅外分析實(shí)驗(yàn)測(cè)量氧化程度、銷化深度、硝酸鹽、抗氧劑水平、抗磨劑水平、冷卻劑水平。

1.3 光譜分析方法及其應(yīng)用

在原子物理學(xué)的介紹中，帶正電的原子核和圍繞其運(yùn)轉(zhuǎn)的電子組成了物質(zhì)結(jié)構(gòu)的原子，由于各層電子所含的能量級(jí)在正常情況下是最低的，這時(shí)的原子狀態(tài)成為基態(tài)，當(dāng)諸如光照、電弧沖擊、轄射等外來(lái)能量被基態(tài)吸引以后，核外電子在吸收能量以后就會(huì)從能量較低的能級(jí)躍遷到能量較高能級(jí)的軌道上去，是原子處于激發(fā)狀態(tài)。由于這時(shí)候原子是非常不穩(wěn)定的，返回基態(tài)的趨勢(shì)比較強(qiáng)，在原子由激發(fā)態(tài)返回基態(tài)的過程中，吸收的能量會(huì)以一定頻率的電磁波形式被福射出去。

為了了解所對(duì)應(yīng)元素的含量，應(yīng)當(dāng)通過一定的方法將用特征波長(zhǎng)的射線激發(fā)原子后福射強(qiáng)度的變化測(cè)量出來(lái)，這就是原子吸收光譜分析法。另外一方面，為了測(cè)得其發(fā)射輻射線的特征波長(zhǎng)，利用一定的方法將含有多種金屬元素的原子激發(fā)后的輻射線特征波長(zhǎng)測(cè)量出來(lái)，這就是指的原子發(fā)射光譜分析法?；凸庾V分析既有缺點(diǎn)也有優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)主要是能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部機(jī)件早期的粘著磨損和磨屑磨損故障征兆，同時(shí)具有較高的靈敏度，但是對(duì)于疲勞磨損故障征兆很難發(fā)現(xiàn)，同時(shí)磨屑準(zhǔn)確度太低。

在光譜分析法的應(yīng)用中，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后進(jìn)行模式識(shí)別。在數(shù)據(jù)處理的和模式識(shí)別的過程中應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過滑油光譜分析可以定性判斷出發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部構(gòu)件磨損等故障，主要包括：主軸承嚴(yán)重磨損、附件機(jī)匣軸承和軸承保持架磨損、附件機(jī)內(nèi)齒輪磨損、軸間軸承磨損、離心通風(fēng)器殼體磨損、封嚴(yán)圈嚴(yán)重磨損等。

1.4 鐵譜分析方法及其應(yīng)用

采用磁性的方法，以磁譜儀為工具將于潤(rùn)滑油中的金屬磨屑分離出來(lái)就是鐵譜分析技術(shù)，同時(shí)將分離出來(lái)的金屬磨屑按其尺寸大小依次、不重疊地沉淀到一塊透明的基片上得到譜片，在進(jìn)行觀察的過程中進(jìn)行分析就可以得到磨屑的形態(tài)特征、尺寸大小及其差異，這樣就得到了磨屑的表面形貌和成分。另外，在鐵譜顯微鏡上加裝相應(yīng)的光密度計(jì)分析大小磨屑的相對(duì)含量。運(yùn)用鐵譜分析技術(shù)能夠有效的檢測(cè)機(jī)械磨損，同時(shí)還可以研究磨損機(jī)理。

鐵譜分析方法的不足主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先是存在著一定的誤差，無(wú)法有效的控制這些誤差;然后運(yùn)用鐵譜分析方法的操作人員的專業(yè)水平和經(jīng)驗(yàn)必須要達(dá)到很高的要求;最后，對(duì)于一般人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速分析的工作不適合應(yīng)用鐵譜分析方法。

在鐵譜分析法的應(yīng)用過程中，首先確定主要表征磨屑的參數(shù)，然后進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的編程，并有灰色關(guān)聯(lián)度在MATLAB中實(shí)現(xiàn)故障的模式識(shí)別，最后實(shí)現(xiàn)鐵譜數(shù)據(jù)分析GUI界面的實(shí)現(xiàn)。這樣由錄入的表征磨屑的參數(shù)，直接輸出訓(xùn)練后的矩陣，進(jìn)而刻意判斷出屬于那種故障模式，在人機(jī)交互的過程中使結(jié)果更加直觀。

2.總結(jié)

通過前面的研究可以看出有多中方法可以對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)磨損故障進(jìn)行檢測(cè)，但是在具體的檢測(cè)過程中應(yīng)當(dāng)綜合應(yīng)用各種方法，有效的檢測(cè)到發(fā)動(dòng)機(jī)的故障，避免發(fā)生安全事故，后續(xù)還應(yīng)當(dāng)對(duì)上述各種技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行更加深入的研究。

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