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        基于故障樹的航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)研究

        2019-10-21 09:55:29周克家鄧志奇呂劍寶
        探索科學(xué) 2019年4期

        周克家 鄧志奇 呂劍寶

        摘要:航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)一旦發(fā)生故障,會(huì)直接影響飛機(jī)的安全高效運(yùn)行,甚至嚴(yán)重的可能引起飛行事故,因此,診斷和排除發(fā)動(dòng)機(jī)的安全隱患,對(duì)于飛機(jī)的安全使用有著重大意義。本文在對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及功能原理上進(jìn)行分析,把發(fā)動(dòng)機(jī)分為七個(gè)子系統(tǒng)分別是:本體、點(diǎn)火系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、操作系統(tǒng)。通過對(duì)各個(gè)系統(tǒng)的故障原因進(jìn)行分析,建立相應(yīng)的故障樹,能夠更加直觀的體現(xiàn)出現(xiàn)原因的故障模式。

        關(guān)鍵詞:故障樹分析法;航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī);故障診斷專家系統(tǒng)

        引言:我國航空事業(yè)的不斷發(fā)展,大部分飛機(jī)都使用航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置。隨著我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步快速發(fā)展,低空空域也將逐步開放,使我國在航空領(lǐng)域的活動(dòng)進(jìn)一步增多,航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置飛機(jī)也將逐步增多。這就使得對(duì)航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的故障發(fā)現(xiàn)和及時(shí)檢修的工作極為重要。但是,由于航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件繁多、工作條件相對(duì)惡劣使用中不可避免的會(huì)遇到各種故障和不穩(wěn)定工作,如果這些故障不能被及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和解決,將會(huì)影響飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性,更為嚴(yán)重的會(huì)影響飛行的安全,另一方面,國家培養(yǎng)飛行員極為耗費(fèi)金錢和精力的工作,如果因機(jī)械故障導(dǎo)致人員的生命受到威脅,也將給我國的經(jīng)濟(jì)帶來重大影響。

        因此,針對(duì)航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷和排除,是維修人員必須要做到的,本文將運(yùn)用故障樹分析法,對(duì)航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的故障進(jìn)行研究,從而為航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)防性維修和可靠性維修打下基礎(chǔ)。

        一、故障樹分析概述

        故障樹分析起源于60年代,適用于大型復(fù)雜的系統(tǒng)的可靠性、安全性分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的一種方法。

        故障樹分析法中,對(duì)于故障或不正常狀態(tài)稱為故障事件,對(duì)于正常狀態(tài)稱為成功事件,這兩件種情況簡(jiǎn)稱為事件。故障眾所關(guān)心的結(jié)果,事件成為頂事件,是故障樹分析的目標(biāo),青島至其他事件發(fā)生的原因成為底事件,頂事件和底事件中間的事件成為中間事件,通過各種事件的代表符號(hào)和描述事件邏輯因果關(guān)系的邏輯門符號(hào)組成倒立樹狀的邏輯因果關(guān)系為故障樹,通過使用故障樹為工具,對(duì)系統(tǒng)失效分析的方法稱為故障樹分析法,故障樹非法也是一種圖形演演繹法,把系統(tǒng)故障和故障的各種因素繪制成故障圖表,可以直觀的反應(yīng)設(shè)備的原部件、故障、系統(tǒng)之間的關(guān)系,只也能定量計(jì)算故障的程度概率及原因。

        二、故障樹的應(yīng)用

        可以對(duì)設(shè)備系統(tǒng)的可靠性分析,可做定性分析與定量分析:系統(tǒng)的事故分析及安全分析:嗯,故障數(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),可以為系統(tǒng)判斷潛在的故障:在系統(tǒng)使用階段,做故障診斷,預(yù)測(cè)系統(tǒng)故障時(shí),最可能造成的故障發(fā)生原因,并用來制定檢修計(jì)劃。

        1.從活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的基本組成

        航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)主要包括:氣缸、活塞、連桿曲軸、氣門機(jī)構(gòu)、機(jī)匣等。

        氣缸是進(jìn)行混合氣燃燒,將燃燒后的熱能變?yōu)闄C(jī)械功的地方。公用的氣缸要求是非常嚴(yán)格的,都是要求采用質(zhì)量輕,強(qiáng)度大的金屬制作而成,航空發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸都是多氣缸發(fā)動(dòng)機(jī),隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的種類,功率大小而不同。

        2.活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)了氣體能量與曲軸機(jī)械功的相互轉(zhuǎn)換,活塞的制作材質(zhì)是鋁合金,活塞的內(nèi)部都是空心,裝有活塞俏,我在外部有圓周槽,里面有彈性漲圈,其余氣缸拋光表面緊密貼合,防止燃?xì)饴┤霗C(jī)匣和滑油漏進(jìn)汽缸,起到密封和潤(rùn)滑的作用。

        3.橫崗是用來連接,活塞與曲軸的,可以傳遞機(jī)械功,是主要受力部件由高強(qiáng)度的合金鋼制成。

        4.都是通過活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),用來帶動(dòng)螺旋槳和其他附件,曲軸也是由高強(qiáng)度鋁合金制作而成。

        三、航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的工作系統(tǒng)

        1.燃油系統(tǒng):燃油系統(tǒng)是可以連續(xù)供給發(fā)動(dòng)機(jī)適量燃油,并將燃油進(jìn)行霧化,使其與空氣充分混合,保證充分燃燒。

        2.點(diǎn)火系統(tǒng):系統(tǒng)可以產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的混合氣體。

        3.潤(rùn)滑系統(tǒng):不斷的將潤(rùn)滑油輸送到各個(gè)部件的摩擦表面,減少摩擦阻力,減輕部件摩擦損耗,并帶走摩擦產(chǎn)生的熱量。

        4.冷卻系統(tǒng):氣缸的部分熱量散發(fā)到大氣中去,從而保證氣缸溫度的正常。

        5.起動(dòng)系統(tǒng):外部動(dòng)力把曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來,使發(fā)動(dòng)機(jī)有靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)。

        四、航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的常見故障

        航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的常見故障有很多種,因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,影響故障的原因也是多種多樣的,例如發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)鼓掌,發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng),發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失馬力不足,單詞電機(jī)工作時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)過多,發(fā)動(dòng)機(jī)滑油溫度過高等。通過我們不斷地對(duì)其研究,建立故障樹從而減少維修排骨事件,準(zhǔn)確判斷故障提高飛機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

        1.建立故障數(shù)據(jù)的采集與數(shù)據(jù)庫的建立

        想要建立航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)故障樹,要先完成數(shù)據(jù)的采集與數(shù)據(jù)庫的建立,這需要維修人員不斷地收集記錄飛機(jī)的故障記錄與排故記錄,廣泛收集同行業(yè)的排故記錄,收集資料、整理資料建立自己的數(shù)據(jù)庫。

        2.活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的故障樹的建立

        通過對(duì)收集資料的整理,建立的數(shù)據(jù)庫,我們可以了解航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)故障的一系列因素,根據(jù)故障數(shù)的建立的原則和引發(fā)故障的因素,我們可以設(shè)計(jì)出整個(gè)系統(tǒng)的故障樹。例如磁電機(jī)工作時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)過多的故障樹,可以分析出,由兩個(gè)原因引起故障,一是燃油系統(tǒng)故障,二是點(diǎn)火系統(tǒng)故障。經(jīng)過故障樹分析,此項(xiàng)故障都是由于部件故障后引起發(fā)動(dòng)機(jī)過富油燃燒所致和動(dòng)機(jī)調(diào)轉(zhuǎn)仲系調(diào)整不當(dāng)造成。

        3.航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)功率不足故障樹

        在航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的使用過程中,使用者和操作員會(huì)忽略引起發(fā)動(dòng)機(jī)損失的隱形因素,對(duì)于這些因素認(rèn)識(shí)不夠,如果是單一因素,有很小幾率引起飛行事故或不安全事件,但是如果把這些單一的因素混合到一起,同時(shí)作用就會(huì)出現(xiàn)飛機(jī)事故,例如飛行員在起飛時(shí)未關(guān)閉汽化器加溫,使發(fā)動(dòng)機(jī)一直處于加溫狀態(tài),如果機(jī)場(chǎng)在標(biāo)高,在海平面高度,一般不會(huì)產(chǎn)生問題,但如果海平面升高到1500到2千米,高海拔,就會(huì)給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來功率不足等現(xiàn)象,而這時(shí),打開氣化器加溫,發(fā)動(dòng)機(jī)過富油狀態(tài),是發(fā)動(dòng)機(jī)功率被嚴(yán)重消耗,對(duì)于小型飛機(jī)場(chǎng)來說可能引起飛機(jī)滑出跑道,造成安全事故。

        4.航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障樹的定性分析

        為了能夠更好的判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障,并在最短的時(shí)間內(nèi)排除故障,我們盡可能的采取簡(jiǎn)便有效的方法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)故障數(shù)進(jìn)行分析,通過總結(jié),把故障以代碼的形式,故障樹中體現(xiàn),可以讓維修人員使用者清晰的分辨出引起故障的原因,與解決故障的方法。

        五、故障診斷專家系統(tǒng)的建立

        數(shù)分析法可以有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)故障的診斷,下面就基于故障樹分析法,航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的專家系統(tǒng)中,各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行說明。

        1.知識(shí)模型的選用

        為了方便診斷的動(dòng)態(tài)查詢和簡(jiǎn)化知識(shí)庫管理操作,將專家知識(shí)用三個(gè)相關(guān)聯(lián)的知識(shí)表示,一方面建立E-R模型。

        2.關(guān)系模型

        通過E-R模型,我們能夠更好使數(shù)據(jù)庫每個(gè)實(shí)體機(jī)都可由唯一的表與之對(duì)應(yīng),關(guān)系數(shù)據(jù)是表的集合,通過表的集合來表示知識(shí)與知識(shí)間的聯(lián)系,可以更好地表明屬性和屬性之間的關(guān)系,

        3.知識(shí)表示

        知識(shí)與知識(shí)之間既有相同屬性又有不同屬性,在進(jìn)行知識(shí)表示時(shí),我們應(yīng)才用了產(chǎn)生式規(guī)則和框架結(jié)合的多知識(shí)表示方法來診斷知識(shí)表示。

        4.診斷解釋功能的實(shí)現(xiàn)

        通過實(shí)現(xiàn)結(jié)論如何得出的這些問題,是專家系統(tǒng)區(qū)別于一般程序的重要特征,它會(huì)根據(jù)用戶所提出的問題,把相應(yīng)的解答,通過輸出端口給客戶。

        通過使用專家系統(tǒng),可以更好的為客戶解答事故,樹中出現(xiàn)的故障,是客戶能夠更加理解故障書中出現(xiàn)的故障原因,以解決辦法。

        結(jié)束語:

        終上所述,故障樹分析法航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)可以在航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)即將發(fā)生或發(fā)生故障時(shí)提供技術(shù)支持減少或盡快排除發(fā)動(dòng)機(jī)的事故,從而提高我國航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性。

        參考文獻(xiàn):

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        [2]王建剛;;基于故障樹法雷達(dá)板級(jí)故障診斷系統(tǒng)平臺(tái)[A];江蘇省電子學(xué)會(huì)2010年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2010年

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