航空發動機故障診斷方法及測試流程分析

龔川森　杜小陽　周強　劉建輝

摘 要：航空發動機是飛機最重要的組成部分，是一種高度復雜和精密的熱力機械，作為航空業的主要組成，素有“工業之花”的稱譽。因為航空發動機是飛機的動力來源，因此在飛行過程中一旦發動機產生故障會嚴重影響飛機的系統運行及飛行安全。文章中通過對航空發動機故障診斷方式進行介紹，其中主要包括信號診斷和智能檢測診斷。文中系統的對航空發動機故障診斷流程進行闡述，明確航空發動機故障后應該如何進行操作，以保障飛機系統的順利運行。

關鍵詞：航空發動機；故障診斷；測試

前言

目前我國航空發動機可以分為活塞式發動機、燃氣渦輪發動機、沖壓發動機等。航空發動機具有結構高度復雜、零件多的特點。因此，在日常的運行中需要對發動機進行診斷和維護。對于發動機產生故障監測需要具有專業的、系統的診斷及工作流程，才能保證航空發動機的正常運行。同時航空發動機測試設備需要在耐高溫、高壓、高負荷等極端環境下準確測試發動機性能。由此不難看出，航空發動機的故障診斷及測試流程的重要性。

1 航空發動機故障診斷方法

1.1 信號診斷方法

信號診斷是航空發動機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動機進行故障診斷。在航空發動機信號故障診斷中可以PCA分析法對故障進行分析[1]。PCA信號診斷方法主要是通過將實際信號與標準信號進行對比診斷，通過與參照信號數據之間的對比差異來顯示當前航空發動機中是否存在問題。具體分析方法為：首先，建立正常航空發動機狀態下的PCA數據模型[2]。其次，當航空發動機產生故障時信號與數據模型對比產生異常，在將航空發動機故障信息通過數據總線傳出。最后，通過PCA數據分析，分析航空發動機產生故障的部位。信號診斷中還可以采用小波變換診斷方式對故障進行診斷。小波變換診斷方式主要是通過信號波動進行診斷，將產生非穩定狀態下的小波動轉換為數據信號，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動機故障進行診斷[3]。此方法主要是利用δ

算子在特定的空間內構造出的最小投影向量集的方式進行診斷，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行殘差的比較。同時應用降噪技術的配合來實現故障噪音敏感檢測，從而診斷航空發動機故障發生點。

1.2 智能檢測方法

智能檢測方式主要是依靠當前智能操作系統對航空發動機故障進行診斷，其主要優點在于使用人工智能可以更加準確的對故障部位進行確定，提高診斷精確度。智能檢測方式主要依據以下三種方法進行故障診斷：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境下，進行精度確定，從而給出的一種非線性函數診斷。通過事先對故障征兆和故障類型等進行模型的建立，將故障征兆與故障類型之間的原因與現實的結果進行關系建立，通過二者之間的模糊關系建立一種非線性函數關系。根據航空發動機領域中的相關特點和常識特點進行人工智能問題推導，最終診斷出故障的來源及故障原因。第二，神經網絡診斷。神經網絡診斷主要是指一種基于網絡神經的智能化診斷技術。一般采用計算機能力較高的測試系統對故障進行排查，通過計算機中高速的數據演算功能將航空發動機中可能或存在的問題進行分析，最終將故障進行總結。由于是利用智能化人工神經網絡進行診斷，因此被稱之為神經網絡診斷。第三，粗糙集模型診斷。粗糙集模型診斷主要使用數學計算手段進行演算和診斷。由于此種診斷方式不需要事先對航空發動機故障經驗進行模型建立，因此被稱之為粗糙模糊診斷。此種診斷方式主要是通過RS理論進行的一種簡化故障維度系數的診斷方式。通過將航空發動機故障診斷進行最小范圍內的縮進，最終進行診斷的一種程序。

2 航空發動機故障測試流程

航空發動機的故障測試的具體流程為：首先，確定該種航空發動機的型號及總體診斷方案；其次，對其進行測試診斷，其中包括使用維護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行測試，最終確定測試方法和測試設備。根據發動機FMECA分析將發動機故障數據進行分類。將以上兩種診斷的結果與航空發動機故障診斷方法分析相結合，從而進行綜合性分析，最終卻定發動機故障診斷方法及測試流程。

根據航空發動機故障測試流程進行分析發現，航空發動機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動機轉速、擺動、喘振、溫度產生故障。因此，在檢測中可以根據實時監控和系統采集的信息進行分析。通過航空發動機的總溫度、轉子速度和燃油量等進行最終確定，將故障方位進行隔離，從而進行維護。第二類，航空發動機內部檢測與地面內部檢測系統故障。此類航空發動機的故障主要是由于發動機內部風扇部位的轉子葉片產生裂痕、風扇部件轉子葉片葉身掉落及高壓氣機轉子葉片裂痕等。在對此類故障進行分析的過程中發現由于內部發動機內部結構損傷導致無法完成自動檢測，需要進行人工檢測。根據航空發動機故障測試流程，最終確定檢測方式為，使用孔探儀對故障部位進行檢測，或者使用超聲波檢測和磁力探傷檢測等方式對發動機特定的機構內部進行檢測[4]。第三類，航空發動機無法進行內部檢測和地面檢測。產生此種故障的主要原因為發動機內部的中央傳動機構受損。可能由于腐蝕、磨損等原因，從而造成發動機無法進行自動檢測。根據航空發動機故障測試流程，最終確定檢測方式為，使用分解設備、探傷設備和裝配設備對發動機進行分解，更換部分零件，重新進行組裝。

3 航空發動機測試系統設計要求

在對航空發動機故障診斷及測試系統進行設計中應該注意以下幾點設計要求：第一，對于自測系統中的數據集設備應固定在一個具體的單元模版中，從而方便進行檢測；第二，對于測試點的設定，應該使用或建立更加快捷、方便的測試工具和測試設備，從而方便發動機內外部的聯系，便于智能檢測和人工檢測；第三，設定具體的數據庫和自動測定原件或電子控制系統等。通過電子設備和電子程序的設定，定期對航空發動機內部進行診斷，及時進行故障檢測、故障隔離、故障警報等，提高發動機的運行效率。第四，對發動機渦輪系統、數控系統等進行數據參數的設定及調整，從而進一步完善航空發動機測試系統。

4 結束語

由于航空發動機的復雜性，在對航空發動機故障進行檢測和診斷中需要更精準的檢測率。因此，在進行航空發動機故障診斷方法和測試流程設定的過程中需做到精益求精，不斷優化航空發動機的測試方法與流程，以提升發動機測試準確率，在飛機科研與生產過程中極為關鍵。

參考文獻

[1]郝騰飛，陳果，廖仲坤，等.基于正則化多核判別分析的航空發動機滾動軸承早期故障融合診斷方法[J].航空動力學報，2013，12（1）：2759-2770.

[2]于宗艷，韓連濤，孟嬌茹.基于人工神經網絡的航空發動機故障診斷方法[J].現代電子技術，2013，2（5）：65-67.

[3]劉文興，劉海年，劉慧娟.航空發動機成品研制中的可靠性強化試驗技術的應用[J].航空維修與工程，2013，3（6）：40-43.

[4]李業波，李秋紅，黃向華，等.航空發動機氣路部件故障融合診斷方法研究[J].航空學報，2014，6（7）：1612-1622.