龔川森　杜小陽　周強(qiáng)　劉建輝

摘 要：航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)最重要的組成部分，是一種高度復(fù)雜和精密的熱力機(jī)械，作為航空業(yè)的主要組成，素有“工業(yè)之花”的稱譽(yù)。因為航空發(fā)動機(jī)是飛機(jī)的動力來源，因此在飛行過程中一旦發(fā)動機(jī)產(chǎn)生故障會嚴(yán)重影響飛機(jī)的系統(tǒng)運(yùn)行及飛行安全。文章中通過對航空發(fā)動機(jī)故障診斷方式進(jìn)行介紹，其中主要包括信號診斷和智能檢測診斷。文中系統(tǒng)的對航空發(fā)動機(jī)故障診斷流程進(jìn)行闡述，明確航空發(fā)動機(jī)故障后應(yīng)該如何進(jìn)行操作，以保障飛機(jī)系統(tǒng)的順利運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機(jī)；故障診斷；測試

前言

目前我國航空發(fā)動機(jī)可以分為活塞式發(fā)動機(jī)、燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)、沖壓發(fā)動機(jī)等。航空發(fā)動機(jī)具有結(jié)構(gòu)高度復(fù)雜、零件多的特點。因此，在日常的運(yùn)行中需要對發(fā)動機(jī)進(jìn)行診斷和維護(hù)。對于發(fā)動機(jī)產(chǎn)生故障監(jiān)測需要具有專業(yè)的、系統(tǒng)的診斷及工作流程，才能保證航空發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)行。同時航空發(fā)動機(jī)測試設(shè)備需要在耐高溫、高壓、高負(fù)荷等極端環(huán)境下準(zhǔn)確測試發(fā)動機(jī)性能。由此不難看出，航空發(fā)動機(jī)的故障診斷及測試流程的重要性。

1 航空發(fā)動機(jī)故障診斷方法

1.1 信號診斷方法

信號診斷是航空發(fā)動機(jī)故障診斷的主要方式，主要是建立I/O信號模型，通過信號幅度，信號頻率等對航空發(fā)動機(jī)進(jìn)行故障診斷。在航空發(fā)動機(jī)信號故障診斷中可以PCA分析法對故障進(jìn)行分析[1]。PCA信號診斷方法主要是通過將實際信號與標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)行對比診斷，通過與參照信號數(shù)據(jù)之間的對比差異來顯示當(dāng)前航空發(fā)動機(jī)中是否存在問題。具體分析方法為：首先，建立正常航空發(fā)動機(jī)狀態(tài)下的PCA數(shù)據(jù)模型[2]。其次，當(dāng)航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)生故障時信號與數(shù)據(jù)模型對比產(chǎn)生異常，在將航空發(fā)動機(jī)故障信息通過數(shù)據(jù)總線傳出。最后，通過PCA數(shù)據(jù)分析，分析航空發(fā)動機(jī)產(chǎn)生故障的部位。信號診斷中還可以采用小波變換診斷方式對故障進(jìn)行診斷。小波變換診斷方式主要是通過信號波動進(jìn)行診斷，將產(chǎn)生非穩(wěn)定狀態(tài)下的小波動轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號，在通過輸入變換端中的異常部位檢查波段中異常點的位置，從而對故障點進(jìn)行診斷。此外，在信號診斷中還可以采用δ算子分析法對航空發(fā)動機(jī)故障進(jìn)行診斷[3]。此方法主要是利用δ

算子在特定的空間內(nèi)構(gòu)造出的最小投影向量集的方式進(jìn)行診斷，其中特定空間主要是指Hibert空間。通過將完整的格形的濾波器，將誤差向量與首位元素之間進(jìn)行殘差的比較。同時應(yīng)用降噪技術(shù)的配合來實現(xiàn)故障噪音敏感檢測，從而診斷航空發(fā)動機(jī)故障發(fā)生點。

1.2 智能檢測方法

智能檢測方式主要是依靠當(dāng)前智能操作系統(tǒng)對航空發(fā)動機(jī)故障進(jìn)行診斷，其主要優(yōu)點在于使用人工智能可以更加準(zhǔn)確的對故障部位進(jìn)行確定，提高診斷精確度。智能檢測方式主要依據(jù)以下三種方法進(jìn)行故障診斷：第一，模糊倫理智能分析法。模糊倫理智能分析法主要是通過在特定的環(huán)境下，進(jìn)行精度確定，從而給出的一種非線性函數(shù)診斷。通過事先對故障征兆和故障類型等進(jìn)行模型的建立，將故障征兆與故障類型之間的原因與現(xiàn)實的結(jié)果進(jìn)行關(guān)系建立，通過二者之間的模糊關(guān)系建立一種非線性函數(shù)關(guān)系。根據(jù)航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域中的相關(guān)特點和常識特點進(jìn)行人工智能問題推導(dǎo)，最終診斷出故障的來源及故障原因。第二，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷主要是指一種基于網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)的智能化診斷技術(shù)。一般采用計算機(jī)能力較高的測試系統(tǒng)對故障進(jìn)行排查，通過計算機(jī)中高速的數(shù)據(jù)演算功能將航空發(fā)動機(jī)中可能或存在的問題進(jìn)行分析，最終將故障進(jìn)行總結(jié)。由于是利用智能化人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行診斷，因此被稱之為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷。第三，粗糙集模型診斷。粗糙集模型診斷主要使用數(shù)學(xué)計算手段進(jìn)行演算和診斷。由于此種診斷方式不需要事先對航空發(fā)動機(jī)故障經(jīng)驗進(jìn)行模型建立，因此被稱之為粗糙模糊診斷。此種診斷方式主要是通過RS理論進(jìn)行的一種簡化故障維度系數(shù)的診斷方式。通過將航空發(fā)動機(jī)故障診斷進(jìn)行最小范圍內(nèi)的縮進(jìn)，最終進(jìn)行診斷的一種程序。

2 航空發(fā)動機(jī)故障測試流程

航空發(fā)動機(jī)的故障測試的具體流程為：首先，確定該種航空發(fā)動機(jī)的型號及總體診斷方案；其次，對其進(jìn)行測試診斷，其中包括使用維護(hù)要求分析和保障性分析兩種方式，分別從以上兩種診斷中進(jìn)行測試，最終確定測試方法和測試設(shè)備。根據(jù)發(fā)動機(jī)FMECA分析將發(fā)動機(jī)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。將以上兩種診斷的結(jié)果與航空發(fā)動機(jī)故障診斷方法分析相結(jié)合，從而進(jìn)行綜合性分析，最終卻定發(fā)動機(jī)故障診斷方法及測試流程。

根據(jù)航空發(fā)動機(jī)故障測試流程進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，航空發(fā)動機(jī)的故障主要存在以下三種類型：第一類，功能失效及性能衰退故障。此類故障主要是由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、擺動、喘振、溫度產(chǎn)生故障。因此，在檢測中可以根據(jù)實時監(jiān)控和系統(tǒng)采集的信息進(jìn)行分析。通過航空發(fā)動機(jī)的總溫度、轉(zhuǎn)子速度和燃油量等進(jìn)行最終確定，將故障方位進(jìn)行隔離，從而進(jìn)行維護(hù)。第二類，航空發(fā)動機(jī)內(nèi)部檢測與地面內(nèi)部檢測系統(tǒng)故障。此類航空發(fā)動機(jī)的故障主要是由于發(fā)動機(jī)內(nèi)部風(fēng)扇部位的轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生裂痕、風(fēng)扇部件轉(zhuǎn)子葉片葉身掉落及高壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片裂痕等。在對此類故障進(jìn)行分析的過程中發(fā)現(xiàn)由于內(nèi)部發(fā)動機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷導(dǎo)致無法完成自動檢測，需要進(jìn)行人工檢測。根據(jù)航空發(fā)動機(jī)故障測試流程，最終確定檢測方式為，使用孔探儀對故障部位進(jìn)行檢測，或者使用超聲波檢測和磁力探傷檢測等方式對發(fā)動機(jī)特定的機(jī)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行檢測[4]。第三類，航空發(fā)動機(jī)無法進(jìn)行內(nèi)部檢測和地面檢測。產(chǎn)生此種故障的主要原因為發(fā)動機(jī)內(nèi)部的中央傳動機(jī)構(gòu)受損?？赡苡捎诟g、磨損等原因，從而造成發(fā)動機(jī)無法進(jìn)行自動檢測。根據(jù)航空發(fā)動機(jī)故障測試流程，最終確定檢測方式為，使用分解設(shè)備、探傷設(shè)備和裝配設(shè)備對發(fā)動機(jī)進(jìn)行分解，更換部分零件，重新進(jìn)行組裝。

3 航空發(fā)動機(jī)測試系統(tǒng)設(shè)計要求

在對航空發(fā)動機(jī)故障診斷及測試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計中應(yīng)該注意以下幾點設(shè)計要求：第一，對于自測系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)集設(shè)備應(yīng)固定在一個具體的單元模版中，從而方便進(jìn)行檢測；第二，對于測試點的設(shè)定，應(yīng)該使用或建立更加快捷、方便的測試工具和測試設(shè)備，從而方便發(fā)動機(jī)內(nèi)外部的聯(lián)系，便于智能檢測和人工檢測；第三，設(shè)定具體的數(shù)據(jù)庫和自動測定原件或電子控制系統(tǒng)等。通過電子設(shè)備和電子程序的設(shè)定，定期對航空發(fā)動機(jī)內(nèi)部進(jìn)行診斷，及時進(jìn)行故障檢測、故障隔離、故障警報等，提高發(fā)動機(jī)的運(yùn)行效率。第四，對發(fā)動機(jī)渦輪系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等進(jìn)行數(shù)據(jù)參數(shù)的設(shè)定及調(diào)整，從而進(jìn)一步完善航空發(fā)動機(jī)測試系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

由于航空發(fā)動機(jī)的復(fù)雜性，在對航空發(fā)動機(jī)故障進(jìn)行檢測和診斷中需要更精準(zhǔn)的檢測率。因此，在進(jìn)行航空發(fā)動機(jī)故障診斷方法和測試流程設(shè)定的過程中需做到精益求精，不斷優(yōu)化航空發(fā)動機(jī)的測試方法與流程，以提升發(fā)動機(jī)測試準(zhǔn)確率，在飛機(jī)科研與生產(chǎn)過程中極為關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

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