探析航空發動機常見故障診斷技術

景曉旭

摘要：航空發動機在運行過程中難免會發生故障，想要第一時間迅速了解故障起因，進行維修，掌握航空發動機常見的故障診斷技術是維持發動機正常運行的重要一環。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，它是航空發動機設計、生產、使用和維護過程中的“指揮先鋒”。本文將在航空發動機故障診斷的必要性、航空發動機的故障類型、以及航空發動機在發生故障時如何進行診斷進行深入探討。在以上幾點的基礎上，創新航空發動機的診斷技術，展望航空發動機診斷技術在未來的使用中的重要發展前景。

關鍵詞：航空發動機;故障診斷;技術分析;實施方法

0? 引言

航空發動機一般都會有發動機狀態監控與故障診斷兩大售后服務機構，這不僅保障了隨時隨地發現故障，還能快速有效地診斷故障類型。對發動機工作運行時的各種參數實時監測，在結合各部件工作運行時的發展趨勢做出有價值的判斷，簡單來說，就是對航空發動機發生故障時做出診斷結論，或預報即將可能會發生的故障，來保證及時制定合理的維修技術內容，從而有效保證飛行安全，提高經濟效益。

1? 航空發動機故障診斷的意義

航空事業的發展不僅與我國國防戰略息息相關，一定程度上還承載著數以萬計的乘客的安全，航空事業發展處于世界前沿，既能展現我國的綜合國力，又能體現我國的大國重器、大國威望。航空領域中，發動機系統是整個飛行系統的核心，只有保障了發動機系統正常的運行，才能使飛行過程安全有保障。由此一來，航空發動機故障診斷是航空事業發展中必不可少的環節。

另外，航空發動機故障診斷技術第一時間找準發動機發生故障的部位，并且根據實際情況判斷發動機故障的嚴重程度，這種高效率的故障排查診斷技術極大的保證了飛行安全，同時，又有效減少了發生故障時，所需要的人力、物力、財力的消耗，縮短了飛行系統停運時間，大大提高飛行器的利用率。另一方面，航空發動機故障診斷技術又可以實現前沿的飛行維修技術理念，創造先進的維修技術的基礎條件。重視航空發動機故障診斷技術，就是掌握了飛行器安全駕駛，保證乘客人身安全的法寶，因此，深入探索航空發動機故障診斷技術，于國于民都意義重大。

2? 航空發動機常見的故障類型

一般來說，航空發動機的故障發生類型比較復雜多變，其中常見的發動機故障類型有性能故障、結構抗壓能力破損故障、附件故障以及系統數據故障等。經調查發現，我國航空發動機故障發生情況如下：發動機性能故障占比15%-25%，結構抗壓能力破損故障占比65%-80%，附件故障及系統數據故障均占比5%-10%。

發動機性能故障主要表現在發動機內部的葉片斷裂故障、渦旋輪破裂、包容失效等，原因在于發動機材料經長期使用已經承受不住外界對部分零部件的施壓和荷載了，由此引發的一系列發動機性能故障;結構抗壓能力故障主要表現在年久失修導致抗壓系統老化、風雨腐蝕引發的抗壓系統的隱形故障;附件及系統數據故障主要表現在工作系統癱瘓、附件傳送機構失靈等方面。以上大部分故障來源于材料的不穩定性，要想快速找到問題所在，迅速解決問題，首先要從發動機的新型概念、新型技術、新型材料入手。要將航空燃氣渦輪發動機在地面內燃機和彈用內燃機方面的應用概況了如指掌，才有助于進一步探索航空發動機的常見故障類型。

3? 航空發動機故障診斷的技術的具體實施方法

航空發動機故障診斷技術歸根結底服務于飛行器本身，技術人員根據不同的機型，不同的診斷目的，不同的診斷要求，采用不同類型的技術診斷人員和設備，采取不同的診斷方法和應對措施，對各種發動機“對癥下藥”的進行診斷。以下是航空發動機常見的故障診斷技術所采用的具體的不同方法。

3.1 表層簡易診斷方法

表層簡易診斷主要針對的是較輕的發動機故障類型，是指在航空發動機運行過程中，對發動機進行初步的診斷與判斷，有助于飛行員能夠準確地掌握飛行器的運行狀態，在出現個別狀況時能迅速發現問題所在。建議的診斷一般是檢測發動機當中某一個特定的零部件，檢驗其特征參數是否正常，其飛行狀態是否正常，如果測量結果在指定的參數范圍內，則發動機系統測定為正常運行。如果對航空發動機連續進行簡易的表層測定和定時監測，就可以輕松地獲得發動機運營趨勢規律，以此數據可以做出相應的故障預測，必要時還要語音預報。總體而言，簡易診斷方法優勢在于儀器簡單，便于操作，對監測員的技術要求不高，只能作為一種初步檢測方法，但更加深入的檢測方法還要取決于以下幾點。

3.2 發動機模型故障診斷方法

發動機在建造組裝之前都會利用模型進行性能測試，除了大小不同以外，在結構、性能、工作原理、零件組裝上都完全相同，因此，利用發動機模型進行故障的診斷排查，能夠快速找到問題所在，直接對實體發動機進行修繕。同時，這種診斷方法又稱為理論知識診斷法。這種方法相對于表層簡易診斷法更加精確，深度更強。它不僅可以解決理論知識層面的問題，又能解決實踐操作的瓶頸，因此，此種方法受到許多高校的深入探索。

發動機模型故障診斷法優勢在于能夠根據模型的運營狀況來預知實體發動機未來使用過程中會發生的未知故障，不需要經驗和歷史案例。但任何事情都有兩面性，其不足之處在于模型的系統仿真效能復雜龐大，診斷速度上相較于簡易診斷法較慢，必須嚴格要求診斷精度，診斷過程中會有所困難。因此，發動機模型故障診斷法是國內外都趨之若鶩的研究熱點。

3.3 信號處理故障診斷方法

信號處理故障診斷法是發動機故障診斷領域應用較早的方法之一。信號分析法重點利用了時間值、頻率值、振幅值、時頻值等切入點，進行故障診斷分析。信號處理故障診斷法的主要類型包括波峰系數、相關分析法、信號同步分析法、峰值熵譜法、脈絡分析法、自回歸譜分析法、小波分析法、參數分析法等，其中，信號同步分析法是其他診斷方法的基礎前提。

3.4 物理化學診斷方法

物理化學診斷法，簡單來說，就是通過伴隨出現的各種物理化學現象，直接對航空發動機進行相應的故障診斷。此種方法主要利用了物理現象中的振電磁波、聲現象、光原理、熱學原理、射線、電學等知識，還利用了化學現象中的各種化學反應等多種手段，觀察檢測航空發動機的運行規律和特征。這種方法形象快速，但也是只能檢測一小部分的故障。

4? 結論

一五計劃以后，我國航空發動機故障診斷技術不斷更新和發展。如今，航空發動機診斷技術已經集數學、物理、化學、電子技術、互聯網技術、人工智能技術于一體，成為一門新興的實用型交叉學科。調查顯示，航空發動機故障診斷技術生命力非常頑強，具有廣闊的發展前景。與此同時，計算機網絡技術、信息同步技術、信號處理技術、物理科學發展技術，以及其他有關學科發展日益壯大，航空發動機故障診斷技術將會在這些先進學科的帶領下不斷完善自身的功能，力求在提高診斷精度和實時性的基礎上降低誤診概率：現如今最可行的辦法就是準確掌握目前擁有的診斷技術，如氣路分析、振動監視、滑油監視等技術相互結合，取長補短，共同為航空發動機故障診斷做出綜合的判斷，提高診斷精度，發展高可靠性、高智能化、高開放性以及與發動機融為一體的新型診斷技術。在將來航空發動機診斷技術的發展中，一定會全力利用當代發展前沿的各大研究成果，巧妙地應用于航空發動機故障診斷技術當中，讓航空發動機性能更加優良，在保證飛行器安全飛行的同時，保證乘客的人身安全，提高經濟效益。

參考文獻：

[1]李慶杰.PW4000發動機振動故障研究[D].西北工業大學碩士畢業論文，2005.

[2]胡守仁，余少波，戴葵.神經網絡導論[M].長沙：國防科技大學出版社，1993.

[3]翟紅春，王珍發.小波變換在航空發動機故障診斷的應用[J].中國民航學院學報，2001（4）：20-23.

[4]蘇厚軍，楊家軍，王潤卿.基于小波分析的信號檢測研究與應用[J].武漢理工大學學報，2005（1）：15-17.

[5]龍兵，宋立輝.航天器故障診斷技術回顧與展望[J].導彈與航天運載技術，2003（3）：31-37.

[6]尚建亮.飛機地面空調車齒輪箱的故障診斷[D].沈陽航空工業學院碩士畢業論文，2002.

[7]吳偉力.小波分析理論及其在航空發動機機械故障診斷中的應用[D].南京航空航天大學碩士畢業論文，2000.

[8]張永峰.飛行試驗中航空發動機振動監測[D].西安：西北工業大學碩士畢業論文，2003.