探析航空發(fā)動機常見故障診斷技術(shù)

代慶杰 袁飛

摘 要：本文對航空發(fā)動機的常見故障進行了分析，同時從故障維修實踐的視角出發(fā)，圍繞航空發(fā)動機的故障診斷技術(shù)展開具體探討，希望能夠為有關(guān)維修工作人員的故障診斷工作提供一定參考。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機;故障診斷技術(shù)

引言：隨著航空設(shè)備研發(fā)工作的持續(xù)推進，近些年我國的航空設(shè)備生產(chǎn)制造水平實現(xiàn)了較大提升，但在航空設(shè)備維修方面，卻仍然顯得略有不足，尤其是對于航空發(fā)動機等復(fù)雜設(shè)備的故障診斷，更是存在著各種各樣的問題，而要想有效改變這一航空發(fā)動機維修工作現(xiàn)狀，則需要各種航空發(fā)動機的故障診斷技術(shù)展開持續(xù)探索與推廣。

1 航空發(fā)動機常見故障

1.1 振動故障

航空發(fā)動機的振動故障是指在發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)且負荷較大的情況下，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)子零部件振動過大的現(xiàn)象，使有關(guān)零部件逐漸變形或受到嚴重磨損，最終因轉(zhuǎn)子質(zhì)心偏移而導(dǎo)致各種不平衡故障問題，通常是由轉(zhuǎn)子熱彎曲、轉(zhuǎn)子軸承設(shè)計或安存在誤差、轉(zhuǎn)子突加不平衡等原因所導(dǎo)致。同時，由于同型號航空發(fā)動機的結(jié)構(gòu)、原材料、生產(chǎn)制造工藝均完全相同，其振動成分大小與頻率基本都會穩(wěn)定保持在某個固定范圍內(nèi)，因此一旦航空發(fā)動機的整機振動成分大小、頻率超出了原設(shè)計規(guī)定范圍，那么無論是振動過大還是振動過小，都可以初步判斷發(fā)動機存在振動故障隱患，必須要盡快進行停機檢查、確定振動變化的原因，才能夠有效避免重大故障問題的發(fā)生，而航空發(fā)動機整機振動過大或過小的現(xiàn)象，則可以看作是一種比較特殊的振動故障問題[1]。從目前來看，盡管航空發(fā)動機的制造生產(chǎn)技術(shù)水平已經(jīng)比較高，如人工阻尼器等減小振動的裝置也在航空發(fā)動機上得到了有效應(yīng)用，但航空發(fā)動機的故障問題仍然比較常見，不少型號的航空發(fā)動機在初期投入使用時，出現(xiàn)振動故障的幾率都超過了20%。

1.2 疲勞故障

疲勞故障作為航空發(fā)動機最為常見的早期故障問題，主要是指發(fā)動機零部件因持續(xù)、高速、高負荷運行而出現(xiàn)不正常磨損或疲勞損傷，使零部件無法再正常發(fā)揮其原有功能，進而導(dǎo)致發(fā)動機停車等故障問題，同樣多出現(xiàn)于發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中，如葉片、軸承、盤等都屬于疲勞故障的常見區(qū)域。一般來說，由于零部件磨損與疲勞損傷都是在較長周期內(nèi)逐漸形成的，因此很多發(fā)動機在出現(xiàn)疲勞故障后，初期并不會出現(xiàn)運行異常，但零部件的磨損、疲勞損傷程度卻會隨之運行時間的增加而不斷提升，等到航空發(fā)動機受疲勞故障問題影響出現(xiàn)明顯運行異常后，故障嚴重程度及后果往往都已比較嚴重。

1.3 氣路故障

航空發(fā)動機的氣路故障簡單來說就是發(fā)動機的氣路系統(tǒng)出現(xiàn)了故障問題，如（渦輪風(fēng)扇發(fā)動機）風(fēng)扇葉片斷裂、壓氣機葉片出現(xiàn)損傷、轉(zhuǎn)子部件部分缺失、靜子與轉(zhuǎn)子碰磨等等，與其他故障問題相比較不僅故障表現(xiàn)更為復(fù)雜，故障原因也更加多樣化，有些故障現(xiàn)象還具有著交叉性特點，可以被定義為不同類型故障問題。例如壓氣機的轉(zhuǎn)子葉片損傷故障成因就包括高負荷運轉(zhuǎn)下葉片疲勞損傷、空氣中污染物積累導(dǎo)致葉片積垢、空氣中固體小顆粒與零件接觸導(dǎo)致葉片侵蝕、化學(xué)損傷導(dǎo)致葉片腐蝕等等。

1.4 控制系統(tǒng)故障

控制系統(tǒng)故障作為航空發(fā)動機最為重要的故障問題之一，是指發(fā)動機燃油控制系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)異常，導(dǎo)致發(fā)動機的燃油供應(yīng)及運行失去控制，具體可分為受控對象故障、執(zhí)行機構(gòu)故障、控制器故障、傳感器故障等幾種，不同類型故障的原因與影響均存在明顯差異[2]。例如執(zhí)行機構(gòu)故障通常是由零部件的機械損傷等問題導(dǎo)致，故障發(fā)生時燃油控制系統(tǒng)仍然可以正常接收傳感器上傳的數(shù)據(jù)，并發(fā)出相應(yīng)控制指令，但無法實現(xiàn)對發(fā)動機運行的控制。而傳感器故障則是因安裝在發(fā)動機各處的傳感器出現(xiàn)異常所導(dǎo)致，故障發(fā)生后燃油控制系統(tǒng)完全無法獲取到任何數(shù)據(jù)信息，自然也無法實現(xiàn)對發(fā)動機運行的控制。

2 航空發(fā)動機的故障診斷技術(shù)

2.1 表層簡易診斷

表層簡易診斷作為最常用的航空發(fā)動機故障診斷技術(shù)之一，主要用于故障原因相對簡單、故障影響相對較強的故障問題進行初步診斷，具有著技術(shù)要求低、操作簡單、診斷速度快等特點，但維修人員完成診斷后所能夠獲得的故障信息也非常少，實際應(yīng)用中通常都需要與其他故障診斷方法相結(jié)合，作為故障的初步診斷方法，為故障隱患預(yù)測、故障預(yù)防及后續(xù)的詳細故障診斷提供重要參考[3]。從具體措施來看，故障診斷時有關(guān)維修人員（飛行員）需要先借助專業(yè)儀器，對航空發(fā)動機進行簡單的表層測定或定時監(jiān)測，待確定有關(guān)檢測數(shù)據(jù)、明確發(fā)動機基本運行情況后，結(jié)合發(fā)動機正常運行狀態(tài)、規(guī)律展開故障分析，一旦發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致發(fā)動機運行異常的故障現(xiàn)象，再根據(jù)故障現(xiàn)象的特征來進行準(zhǔn)確的故障分析與排除，判斷真實故障原因。

2.2 疲勞壽命預(yù)測

疲勞壽命預(yù)測主要是針對航空發(fā)動機疲勞故障的一種故障診斷技術(shù)，與其他故障診斷技術(shù)相比十分特殊。從原理上來看，由于發(fā)動機零部件的磨損、疲勞損傷在初期很難被發(fā)現(xiàn)，等到故障影響比較明顯時，其可能造成的后果往往又難以接受，因此為了盡可能早的發(fā)現(xiàn)發(fā)動機零部件磨損、疲勞損傷等故障隱患，有關(guān)維修人員完全可以利用同型號航空發(fā)動機零部件材質(zhì)相同的特點及斷裂力學(xué)理論知識，對容易出現(xiàn)磨損或疲勞損傷的零部件進行結(jié)構(gòu)裂紋萌生壽命、裂紋擴展壽命預(yù)估，將其大致的疲勞壽命確定下來，之后再結(jié)合零部件生產(chǎn)時間，于零部件達到疲勞壽命前進行有針對性的無損檢測，以便于及時了解到零部件的磨損、疲勞損傷情況，完成疲勞故障診斷。并盡快采取有效的零部件更換、修理措施，以免造成嚴重的故障問題。

2.3發(fā)動機模型診斷

發(fā)動機模型診斷的原理較為簡單，通常是指在航空發(fā)動機的生產(chǎn)制造階段，為發(fā)動機（組裝前）構(gòu)建一個大小不同但運行原理、結(jié)構(gòu)、性能、零部件組合組裝流程等完全相同的模型，之后通過發(fā)動機模型試運行測試的方式，對航空發(fā)動機正式投入使用后可能出現(xiàn)的各種故障隱患展開全面排查，并在發(fā)現(xiàn)故障隱患后，將故障原因、故障影響、故障表現(xiàn)等明確下來，為后期的故障診斷工作提供重要參考。而在航空發(fā)動機投入使用后，一旦其出現(xiàn)故障問題，有關(guān)維修人員則可以直接依據(jù)前期發(fā)動機模型試運行測試所獲得的故障隱患相關(guān)信息，對實際故障問題進行準(zhǔn)確判斷[4]。另外，由于發(fā)動機模型試運行測試很難發(fā)現(xiàn)并模擬出所有的航空發(fā)動機故障隱患，因此在對該診斷技術(shù)的實際應(yīng)用中，還可以將人工智能技術(shù)中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與發(fā)動機模型診斷結(jié)合起來，借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在非線性映射、信息高效處理、自動適應(yīng)與學(xué)習(xí)等方面的優(yōu)勢，對未知類型故障的信息進行有效記錄持續(xù)補充，為發(fā)動機的新型故障問題診斷提供支持。

結(jié)束語：總而言之，航空發(fā)動機的故障診斷雖然難度較高，但只要能夠熟悉了解各類常見故障隱患的特點，同時根據(jù)航空發(fā)動機的實際故障情況，在有關(guān)維修工作實踐中對表面簡易診斷、疲勞壽命預(yù)測、發(fā)動機模型診斷等故障診斷技術(shù)進行靈活運用，就必然能夠使航空發(fā)動機故障診斷的準(zhǔn)確性得到有效提升。

參考文獻：

[1]陸志毅，王振偉，曹彬.航空發(fā)動機常見故障診斷技術(shù)研究[J].中國航務(wù)周刊，2021（39）：54-55.

[2]張司穎.航空發(fā)動機機械故障診斷[J].中國航班，2021（19）：87-88.

[3]張棟善，趙成.試分析航空發(fā)動機故障診斷技術(shù)[J].中國新通信，2019，21（17）：139-140.

[4]闞德臣.航空發(fā)動機故障診斷方法及測試流程分析[J].內(nèi)燃機與配件，2019（11）：154-155.