航空發動機故障在線監測系統的研究

劉遠航 王鐵楠 鄭 麗

（中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

隨著我國航空工業的不斷發展，航空發動機技術也在不斷進步，但是在航空發動機使用中可能會出現一些故障，其中發動機的碰磨故障是最主要的故障之一，如果航空發動機在使用過程中出現較大的故障，可能會出現飛機發動機無法運轉的情況，這將會造成重大的安全隱患。因此，航空發動機的設計單位加強對發動機故障在線監測系統的研究是非常必要的，這樣才能夠及時發現發動機的故障，在出現重大事故之前排除故障。發動機的轉子和靜子之間的碰磨是正常現象，但是轉子系統難免會出現一些問題，從而導致發動機失穩或發動機出現其他故障，使得飛機無法正常飛行。隨著航空技術水平的提高，對發動機故障的在線監測提出了更高的要求，以往的監測技術無法對故障位置進行非常準確的定位，導致排除故障非常困難，效率也比較低，不能滿足航空發動機的技術要求。本文首先介紹了航空發動機的故障分析情況，包括故障分析、碰磨顆粒產生機理、故障診斷及處理，重點講解了航空發動機故障在線監測原理和故障靜電監測原理。通過對航空發動機故障在線監測原理的研究，能夠有效提高發動機的監測技術，提高發動機故障處理效率，也為航空事業的安全發展做出貢獻。

1 航空發動機故障

1.1 故障分析

碰磨故障是發動機的主要故障，發動機碰磨故障主要可以分為3種，分別是間歇性碰磨故障、局部碰磨故障和整周碰磨故障。其中，間歇性碰磨故障是指在發動機轉速不變的情況下發生的不確定故障；局部碰磨故障是指發動機在運行一個階段后發生的一次碰磨故障；整周碰磨故障是指發動機在多個運行周期中發生的碰磨故障。一般來說，碰磨故障是一種干摩擦，是發動機葉片與發動機殼體之間的摩擦，這種摩擦過程中一般不存在潤滑劑。一般情況下，由于發動機的葉片安裝在各級輪盤上，每一個輪盤上就有著幾十個甚至有上百片葉片，所以單個發動機的葉片與封嚴材料或發動機機匣殼體的碰磨是一種類似于斷續磨削的過程，而且如果從摩擦學的角度來分析就可以知道，發動機的葉片與機匣碰磨屬于典型的高速干摩擦過程，也就是摩擦之間沒有任何潤滑劑或保護膜的純固體高速接觸摩擦的形式，根據發動機轉子結構的特殊性，碰磨過程就可以定義為高速斷續干磨削過程。

1.2 碰磨顆粒產生機理

航空發動機在運行過程中，葉片與發動機的機匣會發生比較輕微的碰磨，這種情況下就會產生非常小的碰磨顆粒；如果葉片與發動機的機匣出現比較大的碰磨時，就會出現非常大的碰磨顆粒。對于這種葉片與發動機的機匣碰磨的分析，一般情況都可以用磨損定律來確定碰磨的相關數據，還可以分析這種相互碰磨可能產生的后果。可以對發動機的靜電場進行檢測，時刻檢測電場的電流變化情況，同時把監測的情況反饋給相應的接收裝置，信號接收裝置再對其進行分析識別，這樣能夠較為準確判斷出發動機的碰磨情況，如果碰磨情況較為嚴重時就需要進行發出警報。

2 航空發動機故障監測原理

2.1 航空發動機故障在線監測原理

航空發動機的故障在線監測系統的原理就是信號的收集和處理，這些信號的監測系統主要是通過對靜電的監測來實現對發動機故障進行分析處理。飛機發動機通過故障在線監測系統以及信號處理系統，能夠使得飛機在飛行過程中對發動機的故障信號進行監測，并分析發動機故障的具體情況，提出故障的解決辦法，從而確保發動機的各種故障能夠被及時發現并及時處理。所以，飛機發動機的監測系統一定要是在線監測的，只有在線監測系統，才能對飛機發動機的運行情況進行實時監測，及時了解故障情況，確保飛機安全飛行。而且，通過信號處理系統能夠對故障進行監測和分析，更加準確可靠。

2.2 故障靜電監測原理

航空發動機的故障在線監測系統的原理就是靜電的監測原理。如果航空發動機出現問題或故障，一定會在發動機內部出現一些帶電的顆粒，而這些帶電的顆粒就會對發動機內的電荷產生一定的影響，就會造成發動機內的靜電場產生變化。在線監測系統可以通過信號的收集設備監測發動機內部的電場情況，及時收集電場中的電波變化情況，把這些電波信號收集到相應的信號處理器中，通過這些處理器就能夠對電波信號進行分析計算，并判斷發動機的故障情況。在信號處理過程中，信號的監測裝置是一種傳感器，這種傳感器能夠把收集的信號及時地反饋給信號收集器，信號收集器再把這些信號進行過濾和放大，把有代表性的信號挑選出來，再把這些特征信號傳送給計算分析裝置進行判斷，然后就能確定發動機是否發生了碰磨故障。通過這種信號收集和監測系統，就能夠及時地對發動機的情況進行監測，從而確保發動機在出現故障時能夠及時地發現問題和解決問題，保證飛機的飛行安全。

2.3 故障診斷及處理

航空發動機故障在線監測系統的流程包括以下內容：在完成靜電場的信號收集后，通過計算程序可以了解電場內信號的強弱，在對這些信號的提取過程中，能夠了解在一段時間內的信號強弱情況，也可以了解到電荷的離散信號，一般情況下電荷在一段固定時間內的信號較為準確，但是電荷的離散信號也比較直觀，通過觀察離散信號也能夠較為簡單的得到相應的信息。然后要對收集的信號進行計算分析，了解電荷信號是否屬于故障信號，進而判斷發動機是否出現了故障。在飛機的飛行過程中，發動機會產生各種各樣的信號，隨著飛行時間的增長，發動機會出現各種異常的情況，因此，通過這個故障在線監測系統就能夠及時準確地了解發動機的異常情況，從而準確判斷發動機故障的位置，并采取正確的應對措施，避免飛機出現重大的故障，減少國家的經濟損失。另外，在飛機發動機出現故障時，飛行員一定要能夠認清形勢，及時查找到故障原因，能夠分析飛機的飛行情況，確定故障的嚴重程度，如果想要控制好飛機的正常飛行，就需要時刻監測故障的進展情況，按照要求采取必要的措施，但是在不能處理發動機出現的故障時，就需要立即求援，最大限度地保證飛機的安全，直到飛機安全著陸或故障得到排除。

結論

本文對航空發動機的故障進行了深入的分析研究，并對在線監測系統的應用進行了探討。在飛機的運行過程中，飛機的安全性和可靠程度要靠發動機的穩定運行實現。隨著航空發動機技術的發展，發動機故障在線監測系統也一定得到會快速發展。如果沒有發動機故障在線監測系統，將會無法發現發動機的問題，將會導致飛機的事故大量增加，無法保證機內乘客的人身安全。因此，各個發動機設計研發單位應當加強對故障在線監測系統的研究，增加對監測系統研發的人力物力投資，加強對人才的培養，掌握發動機核心技術，不斷提高發動機的性能，只有這樣才能在國際和國內的市場競爭中立于不敗之地，保證飛機的安全飛行，保障乘客的人身安全。