航空發(fā)動機磨損故障檢測技術(shù)

王華 石山

摘要：為了研究航空發(fā)動機磨損故障檢測技術(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。同時介紹了這幾種故障檢測技術(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滑油系統(tǒng)中所含的金屬元素含量和磨屑進行檢測，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)對發(fā)動機的故障進行檢測。本文研究可以作為航空發(fā)動機磨損故障檢測過程中的參考。

關(guān)鍵詞：航空;發(fā)動機;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)動機系統(tǒng)越來越復(fù)雜，這些復(fù)雜的系統(tǒng)雖然使飛機的飛行更加穩(wěn)定，但是一旦在飛行過程中發(fā)動機發(fā)生故障就會造成飛機的失控，帶來不可挽回的重大損失，因此應(yīng)當(dāng)及時的對發(fā)動機的故障進行檢測以保證飛行的安全和可靠，從多年的發(fā)動機維修經(jīng)驗中可以看出航空發(fā)動機功能失效和失控主要是因為發(fā)動機內(nèi)部機件存在的異常機械磨損所造成的。

1.航空發(fā)動機機械磨損故障的常用檢測技術(shù)及其應(yīng)用

由于機械磨損對航空發(fā)動機的影響是非常大的，因此我國的很多民航機構(gòu)都在致力于研究航空發(fā)動機機械磨損的檢測，目前，在我國，對航空發(fā)動機磨損進行檢測時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技術(shù)都有不同的檢測范圍，其中光譜分析的檢測有效范圍為小于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。下面對這些技術(shù)的檢測原理以及每種方法的具體應(yīng)用進行簡單的介紹。

1.1 磁塞分析法及其應(yīng)用

在對滑油系統(tǒng)中磨損顆粒進行收集的過程中比較簡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的同時將其定期取出。為了對吸附的磁性顆粒進行分析判斷，并判別顆粒的大小和數(shù)量等特征，維護人員需要借助放大鏡或肉眼進行觀察，進而可以判斷是否需要更換潤滑油。這是一種簡單快捷的方法。能夠檢測尺寸較大的金屬磨屑，但是這種方法主要存在著對于微小顆粒和非磁性顆粒沒有作用的缺點。

在進行檢測的時候在發(fā)動機潤滑系統(tǒng)中永久的安裝著磁塞、封油閥和一個磁性探頭構(gòu)成了整個磁塞，磁鐵會在探頭插入以后暴露在循環(huán)著的潤滑油中，為了防止漏油，，應(yīng)當(dāng)定期的把磁性探頭取下時以保證主體內(nèi)的封油閥會自動封閉油出口，通過對線路動作的控制可以在磁塞磨屑過多的時候?qū)⒅鳈C停止運行。必須在潤滑系統(tǒng)中能得到最大捕獲磨屑機會的地方安裝磁塞，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)量會在發(fā)動機逐漸使用的過程中劣化，就會影響潤滑效果，因此首先為了確定最經(jīng)濟有效的更換滑油的周期以減少機械磨損故障的發(fā)生可能性應(yīng)當(dāng)對滑油理化指標(biāo)的變化情況進行監(jiān)控。然后為了提高滑油使用的科學(xué)性、有效性應(yīng)當(dāng)以檢測結(jié)果為基礎(chǔ)進一步的對滑油的衰變特性進行分析。基于以上兩個目的進行油液理化分析。

在具體的故障檢測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、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試方法和內(nèi)容如下：戊燒不溶性實驗測試、不溶物含量、積碳水平;粘度實驗測量粘度;總酸、堿實驗測量總酸值和總堿值;相對密度實驗、閃點實驗測量燃料水平;紅外分析實驗測量氧化程度、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在正常情況下是最低的，這時的原子狀態(tài)成為基態(tài)，當(dāng)諸如光照、電弧沖擊、轄射等外來能量被基態(tài)吸引以后，核外電子在吸收能量以后就會從能量較低的能級躍遷到能量較高能級的軌道上去，是原子處于激發(fā)狀態(tài)。由于這時候原子是非常不穩(wěn)定的，返回基態(tài)的趨勢比較強，在原子由激發(fā)態(tài)返回基態(tài)的過程中，吸收的能量會以一定頻率的電磁波形式被福射出去。

為了了解所對應(yīng)元素的含量，應(yīng)當(dāng)通過一定的方法將用特征波長的射線激發(fā)原子后福射強度的變化測量出來，這就是原子吸收光譜分析法。另外一方面，為了測得其發(fā)射輻射線的特征波長，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測量出來，這就是指的原子發(fā)射光譜分析法。滑油光譜分析既有缺點也有優(yōu)點，優(yōu)點主要是能夠及時的發(fā)現(xiàn)發(fā)動機內(nèi)部機件早期的粘著磨損和磨屑磨損故障征兆，同時具有較高的靈敏度，但是對于疲勞磨損故障征兆很難發(fā)現(xiàn)，同時磨屑準(zhǔn)確度太低。

在光譜分析法的應(yīng)用中，首先對數(shù)據(jù)進行處理，然后進行模式識別。在數(shù)據(jù)處理的和模式識別的過程中應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具來實現(xiàn)，通過滑油光譜分析可以定性判斷出發(fā)動機內(nèi)部構(gòu)件磨損等故障，主要包括：主軸承嚴(yán)重磨損、附件機匣軸承和軸承保持架磨損、附件機內(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滑油中的金屬磨屑分離出來就是鐵譜分析技術(shù)，同時將分離出來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，在進行觀察的過程中進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)的光密度計分析大小磨屑的相對含量。運用鐵譜分析技術(shù)能夠有效的檢測機械磨損，同時還可以研究磨損機理。

鐵譜分析方法的不足主要表現(xiàn)在以下幾個方面：首先是存在著一定的誤差，無法有效的控制這些誤差;然后運用鐵譜分析方法的操作人員的專業(yè)水平和經(jīng)驗必須要達到很高的要求;最后，對于一般人員進行現(xiàn)場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中實現(xiàn)故障的模式識別，最后實現(xiàn)鐵譜數(shù)據(jù)分析GUI界面的實現(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，進而刻意判斷出屬于那種故障模式，在人機交互的過程中使結(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航空發(fā)動機磨損故障進行檢測，但是在具體的檢測過程中應(yīng)當(dāng)綜合應(yīng)用各種方法，有效的檢測到發(fā)動機的故障，避免發(fā)生安全事故，后續(xù)還應(yīng)當(dāng)對上述各種技術(shù)的具體應(yīng)用進行更加深入的研究。

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