基于信息融合技術的航空發動機故障診斷措施

劉斌 石山

摘要：航空發動機故障診斷指的是以航空發動機領域作為主要探究方向的一種新技術，且該技術已是國內外關注的一熱點話題。近幾年，又興起了一門信息融合技術，并且已在各個領域積極推廣和廣泛應用。然而，從當前的發展情況來看，該技術在航空發動機故障診斷領域應用還處在初級探究階段，經研究發現，在故障診斷過程中，能夠利用的信息偏多。因而，我們只有合理利用這些信息對設備故障予以診斷，才可進一步提升故障診斷精度。

關鍵詞 ?信息;航空發動機;故障診斷;措施

1.前言

文章作者把信息融合技術應用在了航空發動機故障診斷過程中，并且提出了基于信息融合技術故障診斷系統，充分利用信息融合技術能夠為航空發動機提供更多數據來予以融合，目的是為獲得精度高的逼近值，以實現對航空發動機的故障診斷。希望本文的論述可以為今后航空發動機安全運行及控制系統設計提供更多有價值的參考和借鑒。

2.當前國內外對航空發動機故障診斷研究現狀的分析

2.1國內研究現狀

通過研究表明，顯示氣路部件故障占發動機整體故障的大部分。所以，當前國內外大部分發動機健康管理探究主要集中在監控發動機氣路性研究上。根據系統結構劃分可分為兩類，即機載子系統與嵌入式地面子系統。其中，前一種系統的主要功能為搜集、實時數據，對飛行狀態進行實時監控和診斷;而地面子系統的主要功能是參照實時飛行數據、歷史飛行數據、維護數據做深入分析。我國在飛行器檢測方面的研究起步相對較晚，自20世紀80年代，我國一些科研院校開始對其進行研究。如：在上世紀90年代初，我國國防科技大學提出了液體火箭發動機健康管理系統，即HMS，同時也是首個具有故障檢測的功能。

2.2國外研究現狀

在歐、美等多個國家，已在非航空與航空燃氣渦輪發動機中引入了航空發動機故障診斷系統。例如：早在1969年，美國GE公司便把狀態監視系統應用在了T-700-GE-700的渦軸發動機上;在經過十年的研究與發展，在F404-GE-400渦扇發動機上應用了監視系統與壽命跟蹤系統;而到了1985年，GE公司又提出了ADEPT系統;自1994年開始由最初的6.1版本升級到了10.1版本。

3.信息融合技術

3.1原理

信息融合原理是一個信息綜合處理的過程，是利用多個傳感器，合理支配、使用這些傳感器與觀測信息，將這些傳感器在時間或者是在空間上的冗余、互補信息按照一定的準則進行重新組合，目的是為獲得被測對象的一致性解釋與描述，這樣信息系統便獲得了比其它組成部分子集所構成系統有更優越的性能。

3.2模型

在經過對信息融合探究的時間里，人們提出了多個信息融合模型，而它們的相同點是在信息融合過程中要經過多級處理。信息融合分為兩種處理方法，即低層處理與高層處理。其中，低層處理主要涉及到數據預處理、目標檢測、分類、跟蹤;而高層處理主要包含態勢與威脅的預測和對融合過程的提取。

3.3算法

信息融合技術指的是數據綜合處理技術與多學科相互交叉的一種具體體現，而且也是把全部的輸入數據在同一個公共空間內予以描述，同時在此空間內對這些數據用恰當的數學法予以綜合處理，再用相對應的形式輸出。而當前信息融合的算法主要包含模型類識別方法、參數分析法以及知識模型類識別法三種算法。

4.信息融合技術在航空發動機故障診斷中的應用

4.1某發動機結構基本概況

選擇某型號的渦扇發動機，簡單的說它是一種由雙轉子軸向壓氣機的一種渦輪風扇發動機。其該結構主要由機件與工作系統兩大部分構成。

4.2診斷模型

4.2.1信息融合功能模型

現階段，有很多研究者站在不同的研究角度對信息融合模型進行了深入探究和分析，目的是為了能夠從功能、結構上來描述多傳感器融合技術。而最具有權威性的且有著較大影響力的功能模型是由美國的DPS公司的研究人員所提出的。因此本文采用這種信息融合功能模型來對該型號的渦扇發動機故障診斷構建相應的診斷模型。

4.2.2信息融合故障診斷一般框架

圖1 信息融合故障診斷框架

在實踐當中，故障診斷不可能會應用到所有的融合環節，而是參照具體的實際問題來選擇最佳的信息融合框架。例如：（DEI+FEI）-DEO融合模型是一個將混合特征作為輸入，決策作為輸出的一個過程。可以說，此模型應用在故障診斷領域是十分合理、科學的。

故障征兆是故障診斷的靈魂所在。而故障征兆時通過各類型的傳感器獲得更多有用的信息的，再經過信息的融合處理，對故障位置及類型進行確定。而以上處理過程即為信息融合過程。因此本文采取圖1所示的信息融合故障診斷框架來對故障進行診斷對診斷結果進行分析發現這種診斷框架是可行的。由此看來，信息融合技術在航空發動機故障診斷中應用的研究是切實可行的。

4.2.3分層信息融合診斷功能模型

有研究者提出，神經網絡故障診斷系統具有多種功能，如：聯想、推測以及記憶。能夠用來處理各種復雜的模式。所以，站在信息融合角度分析，神經網絡故障診斷是特征級融合中特征輸入——決策輸出的過程。另外，D-S證據理論為經過對某一識別框架的多個證據體進行融合推理，再進一步得到決策結果，因而，D-S理論也是決策級融合中決策輸入——決策輸出過程。若把兩只相互結合，可將信息融合技術優勢完全發揮出來，同時進一步提升診斷的精度。

4.3航空發動機故障診斷模型

事實上，信息融合的本質是在同一個辨識框架中，把不同證據提重新合成一個新證據體的過程。而此合并過程可按照D-S證據理論合并規則予以實現，這樣可解決多信息融合中存在的各類不確定性問題。而為了把不同故障征兆所提供的證據予以合并，必須按照當前的證據構造基本概率來分配函數。最終找出航空發動機存在故障的位置與類型。

5.結論及展望

總體來說，通過本文的論述我們得到了以下幾點結論：其一，在論述了信息融合技術具有大眾特性的基礎上，由信息論角度對信息融合技術故障診斷方法的可行性予以了論證，進而提出了信息融合技術故障診斷框架。其二，對在故障診斷中遇到的各種不確定性的問題以及多傳感器判斷結果利用D-S證據理論對信息融合結果進行了判定，經論證，D-S證據理論可提升故障診斷精度以及診斷的可靠性。盡管信息融合技術在航空發動機故障診斷中應用十分廣泛，但在實踐當中，需要解決的問題還很多，希望研究人員在今后研究中對實踐應用中可能遇到的問題予以研究，并且提出合理的應對措施。

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