自動檢測技術在航空發動機方面的應用

呂 偉

（中航工業西安航空計算技術研究所西安,陜西西安,710065）

自動檢測技術在航空發動機方面的應用

呂 偉

（中航工業西安航空計算技術研究所西安,陜西西安,710065）

本文主要介紹了自動檢測技術在航空發動機方面的應用，以及國內外所涌現的最新理論和最新技術。自動檢測技術是現在各種行業所必需，應用于軍事、工業等過程控制的信號測量等方面，是高科技軍事現代工業實現全面自動化的重要基礎，航空發動機故障診斷技術是實現航空發動機視情維修的重要一環，在航空發動機的設計、生產、使用和維護中起著非常重要的指導作用。

自動檢測技術；航空發動機；狀態監控；故障診斷

0 引言

自動檢測技術的基本任務是獲得有用的信息，檢測流程主要借助測試儀器、測試系統，通過對測試點增加傳感器，從而取得有用的信號來求解系統中問題。檢測技術屬于信息科學，是信息技術的支柱。在航空發動機中，自動檢測技術主要應用在狀態監控和故障診斷方面。

1 自動檢測技術在航空發動機狀態監控方面的應用

現代航空發動機采用先進的全權限數字電子控制系統，系統采用分段控制的，以控制發動機不同的工作狀態，比如起動控制器主要控制發動機的起動過程，轉速控制器主要使發動機轉速保持在油門桿所對應的轉速范圍內，這就需要扭矩傳感器為其提供信號；加力控制器控制發動機的加力接通和加力狀態，氣壓高度調節器根據飛行高度的變化修正供油量來保證發動機不富油。這些控制也都需要傳感器為其提供信號與信息，各傳感器接替工作，協同工作。

圖1 發動機

2 自動檢測技術在發動機故障診斷方面的應用

2.1 基于信號處理的自動檢測方法

基于信號處理的自動檢測方法主要在故障診斷中使用小波變換分析技術，主要體現在：運用小波變換進行信號分析來診斷故障，包括脈沖響應函數的小波變換檢測信號的突變、利用觀測信號的小波變換進行故障診斷、利用脈沖響應函數的小波變換進行故障診斷、利用小波變換去噪，提取故障特征和利用小波變換分析噪聲特征進行故障診斷；利用小波變換提取故障特征進行故障的分類和識別；利用小波網絡進行故障診斷。

2.2 基于模型自動檢測方法

模型就是把表征航空發動機實際系統本質的部分的信息壓縮成有用的描述形式，模型可以模擬實際系統的行為而不用描述其機械結構。航空發動機數學模型應用廣泛，它是控制、故障診斷和預測的基礎。主要包括部件法模型和試驗模型。

2.2.1 部件法模型在航空發動機故障診斷中的應用

基于部件法的發動機數學建模是較為常用的一種建模方法。建立發動機非線性數學模型的基本思路是：由已知的發動機各部件的特性，從發動機進口到尾噴管，根據氣動熱力學原理逐一建立氣體流動過程與熱力過程方程；根據發動機流量平衡、壓力平衡和功率平衡等平衡關系，獲得發動機共同工作聯立方程組，通過聯合求解這一非線性動、靜態平衡方程組，進而獲得發動機的各相關截面、各工作狀態的相關參數量值，部件法模型精度高，可用于航空發動機在線診斷和故障征兆的預測，用于預報發動機控制系統的各個變量。

圖2 發動機模型

2.2.2 試驗法的航空發動機模型在故障診斷中的應用

試驗法是基于發動機試驗數據進行處理，獲取它的特性，從而得到數學模型的方法。該方法不必深入理解發動機的機理，但卻必須擬定合理的試驗以獲取試車數據。通過大量的試驗數據及系統辨識方法獲取模型的技術，得到模型性再通過類比迭代試車曲線使之完全擬合。系統辨識的方法可分為經典類和和現代兩大類。經典辨識方法包括時域法、頻域響應法。現代辨識方法包括最小二乘法、極大似然法、隨機逼近法、相關辨識法。

2.2.3 發動機故障診斷專家系統在航空發動機自動檢測方法

故障診斷專家系統在航空發動機故障診斷方面已取得了不少的成果，如葉片故障診斷專家系統、磨損故障診斷專家系統。所謂專家系統其實就是一個維護設備，該設備包括知識庫、數據庫、推理機、解釋系統和數據融合系統。

3 檢測技術在航空發動機方面的創新

3.1 航空發動機性能自動測試技術實現

這種技術應用了模糊處理技術、人工智能、圖形圖像處理技術和抗干擾技術。自動測試技術為適應現代航空發動機性能測試要求，改進目前航空發動機性能測試現狀，對應用模糊集合理論實現發動機狀態模糊識別是這種技術的重點，實踐證實該測試方法狀態識別率高、用人少、精度高,提高了一線部隊機務保障能力。

3.2 先進內窺技術與發動機故障檢測

內窺技術多年來一直在航空發動機的維護中發揮著重要的作用，不管是高涵道渦輪風扇發動機還是低涵道的軍用渦扇，其主要組成均為風扇、壓氣機、燃燒室、渦輪及附件系統。航空發動機工作在高溫、高壓和高轉速的狀態下，因此其故障多發部位也多集中在這三高狀態下的高壓壓氣機、燃燒室和高壓渦輪中。發動機的關鍵部件如主氣流通道部件、高壓壓氣機、高、低壓渦輪的各級輪盤及葉片、燃油噴嘴、燃燒室等都是不易拆卸且檢驗可達性較差的零部件，對這些零部件的檢查與監測工作都是通過內窺技術完成的，

未來的內窺技術主要體現在先進的軟硬件綜合和集成技術。以及基于物聯網的網絡技術中。因此，內窺技術一直在航空發動機的維護中發揮著重要的作用。

4 結論

自動檢測技術的核心內容是信號的檢測，也就是傳感器的應用，而傳感器是“能夠感受規定的被側量并按一定的規律轉換成可用輸出信號的期間或者裝置”，起著過程檢測信息與轉換信息的重要作用，航空發動機方面更是應用甚廣，從油量的檢測到力矩檢測，再到轉速，再到溫度，壓力，位移等等，都需要傳感器為控制提供相應的信號。所以在航空控制方面傳感器的故障診斷尤為重要。在故障診斷方面，自動檢測技術也發揮著理論上的支持。

[1]劉君華，現代檢測技術與測試系統設計，西安交通大學出版社，2003，7

[2]東 巖，從發動機綜合監控看維修檢測的走向，航空制造技術，2007，10

[3]閻成鴻，航空發動機容錯控制系統設計，控制系統2007年第23卷第7-1期

[4]周正干，航空發動機葉片實時成像自動檢測技術研究，機械工程學報，2005 年4 月第41卷第4期

[5]Jeff McCoy，航空發動機制造中的在機檢測技術，2005年第9期航空制造技術

[6]尉詢楷，航空發動機狀態監控與診斷現狀及發展趨勢，控制工程2007年7月增刊

[7]孔凡琴，基于數字射線成像的航空發動機渦輪葉片缺陷尺寸的自動測定，兵工學報，2005年5月，第26卷第3期

[8]李巖，基于圖像識別的發動機內窺智能檢測系統研究，中國民航學院學報，2005年8月，第23卷第4期

[9]于輝，先進內窺技術與發動機故障檢測，航空工程與維修，2002，2

[10]姜旭峰，航空武器裝備維修檢測與發動機的故障診斷，航空工程與維修2002，2

Application of Automatic Detection Technology in Aero-engine

Lv Wei
（AVIC XIAN Aero Computing Technology Institute，Xi'an Shanxi, 710065）

This paper mainly introduces the application of automatic detection technology in the aviation engine, as well as the latest theories and latest technologies emerging at home and abroad. Automatic detection technology is now required for various industries, such as signal measurement used in military, industrial process control, the realization of aeroengine maintenance is an important part in the design, the production of aero engines, and use a very important guiding role in the maintenance.

Automatic Detection Technology; Aero-engine; Fault Diagnosis.

TP

A

呂偉（1983-）, 男, 陜西蒲城人，工程師，研究方向：航空發動機控制。