自動檢測技術(shù)在航空發(fā)動機方面的應(yīng)用

呂 偉

（中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所西安,陜西西安,710065）

自動檢測技術(shù)在航空發(fā)動機方面的應(yīng)用

呂 偉

（中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所西安,陜西西安,710065）

本文主要介紹了自動檢測技術(shù)在航空發(fā)動機方面的應(yīng)用，以及國內(nèi)外所涌現(xiàn)的最新理論和最新技術(shù)。自動檢測技術(shù)是現(xiàn)在各種行業(yè)所必需，應(yīng)用于軍事、工業(yè)等過程控制的信號測量等方面，是高科技軍事現(xiàn)代工業(yè)實現(xiàn)全面自動化的重要基礎(chǔ)，航空發(fā)動機故障診斷技術(shù)是實現(xiàn)航空發(fā)動機視情維修的重要一環(huán)，在航空發(fā)動機的設(shè)計、生產(chǎn)、使用和維護中起著非常重要的指導(dǎo)作用。

自動檢測技術(shù)；航空發(fā)動機；狀態(tài)監(jiān)控；故障診斷

0 引言

自動檢測技術(shù)的基本任務(wù)是獲得有用的信息，檢測流程主要借助測試儀器、測試系統(tǒng)，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(tǒng)中問題。檢測技術(shù)屬于信息科學(xué)，是信息技術(shù)的支柱。在航空發(fā)動機中，自動檢測技術(shù)主要應(yīng)用在狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷方面。

1 自動檢測技術(shù)在航空發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控方面的應(yīng)用

現(xiàn)代航空發(fā)動機采用先進的全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用分段控制的，以控制發(fā)動機不同的工作狀態(tài)，比如起動控制器主要控制發(fā)動機的起動過程，轉(zhuǎn)速控制器主要使發(fā)動機轉(zhuǎn)速保持在油門桿所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，這就需要扭矩傳感器為其提供信號；加力控制器控制發(fā)動機的加力接通和加力狀態(tài)，氣壓高度調(diào)節(jié)器根據(jù)飛行高度的變化修正供油量來保證發(fā)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(xié)同工作。

圖1 發(fā)動機

2 自動檢測技術(shù)在發(fā)動機故障診斷方面的應(yīng)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(shù)，主要體現(xiàn)在：運用小波變換進行信號分析來診斷故障，包括脈沖響應(yīng)函數(shù)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(yīng)函數(shù)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(wǎng)絡(luò)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(fā)動機實際系統(tǒng)本質(zhì)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(tǒng)的行為而不用描述其機械結(jié)構(gòu)。航空發(fā)動機數(shù)學(xué)模型應(yīng)用廣泛，它是控制、故障診斷和預(yù)測的基礎(chǔ)。主要包括部件法模型和試驗?zāi)Ｐ汀?/p>

2.2.1 部件法模型在航空發(fā)動機故障診斷中的應(yīng)用

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

圖2 發(fā)動機模型

2.2.2 試驗法的航空發(fā)動機模型在故障診斷中的應(yīng)用

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

2.2.3 發(fā)動機故障診斷專家系統(tǒng)在航空發(fā)動機自動檢測方法

故障診斷專家系統(tǒng)在航空發(fā)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(tǒng)、磨損故障診斷專家系統(tǒng)。所謂專家系統(tǒng)其實就是一個維護設(shè)備，該設(shè)備包括知識庫、數(shù)據(jù)庫、推理機、解釋系統(tǒng)和數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)。

3 檢測技術(shù)在航空發(fā)動機方面的創(chuàng)新

3.1 航空發(fā)動機性能自動測試技術(shù)實現(xiàn)

這種技術(shù)應(yīng)用了模糊處理技術(shù)、人工智能、圖形圖像處理技術(shù)和抗干擾技術(shù)。自動測試技術(shù)為適應(yīng)現(xiàn)代航空發(fā)動機性能測試要求，改進目前航空發(fā)動機性能測試現(xiàn)狀，對應(yīng)用模糊集合理論實現(xiàn)發(fā)動機狀態(tài)模糊識別是這種技術(shù)的重點，實踐證實該測試方法狀態(tài)識別率高、用人少、精度高,提高了一線部隊機務(wù)保障能力。

3.2 先進內(nèi)窺技術(shù)與發(fā)動機故障檢測

內(nèi)窺技術(shù)多年來一直在航空發(fā)動機的維護中發(fā)揮著重要的作用，不管是高涵道渦輪風(fēng)扇發(fā)動機還是低涵道的軍用渦扇，其主要組成均為風(fēng)扇、壓氣機、燃燒室、渦輪及附件系統(tǒng)。航空發(fā)動機工作在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下，因此其故障多發(fā)部位也多集中在這三高狀態(tài)下的高壓壓氣機、燃燒室和高壓渦輪中。發(fā)動機的關(guān)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(jiān)測工作都是通過內(nèi)窺技術(shù)完成的，

未來的內(nèi)窺技術(shù)主要體現(xiàn)在先進的軟硬件綜合和集成技術(shù)。以及基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中。因此，內(nèi)窺技術(shù)一直在航空發(fā)動機的維護中發(fā)揮著重要的作用。

4 結(jié)論

自動檢測技術(shù)的核心內(nèi)容是信號的檢測，也就是傳感器的應(yīng)用，而傳感器是“能夠感受規(guī)定的被側(cè)量并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換信息的重要作用，航空發(fā)動機方面更是應(yīng)用甚廣，從油量的檢測到力矩檢測，再到轉(zhuǎn)速，再到溫度，壓力，位移等等，都需要傳感器為控制提供相應(yīng)的信號。所以在航空控制方面?zhèn)鞲衅鞯墓收显\斷尤為重要。在故障診斷方面，自動檢測技術(shù)也發(fā)揮著理論上的支持。

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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(fā)動機控制。