航空發(fā)動(dòng)機(jī)常見故障診斷技術(shù)研究

何曉飛

摘? 要： 航空發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中難免會(huì)發(fā)生故障，想要第一時(shí)間迅速了解故障起因，進(jìn)行維修，掌握航空發(fā)動(dòng)機(jī)常見的故障診斷技術(shù)是維持發(fā)動(dòng) 機(jī)正常運(yùn)行的重要一環(huán)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷技術(shù)是實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)視情維修的重要一環(huán)，它是航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用和維護(hù)過程中的“指揮先 鋒”。本文將在航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的必要性、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的故障類型、以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)在發(fā)生故障時(shí)如何進(jìn)行診斷進(jìn)行深入探討。在以上幾點(diǎn)的基礎(chǔ) 上，創(chuàng)新航空發(fā)動(dòng)機(jī)的診斷技術(shù)，展望航空發(fā)動(dòng)機(jī)診斷技術(shù)在未來的使用中的重要發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞： 航空發(fā)動(dòng)機(jī);常見故障;故障診斷;診斷技術(shù);研究

引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)一般都會(huì)有發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷兩大售后服務(wù)機(jī) 構(gòu)，這不僅保障了隨時(shí)隨地發(fā)現(xiàn)故障，還能快速有效地診斷故障類型。對(duì) 發(fā)動(dòng)機(jī)工作運(yùn)行時(shí)的各種參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在結(jié)合各部件工作運(yùn)行時(shí)的發(fā)展 趨勢(shì)作出有價(jià)值的判斷，簡單來說，就是對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)做出診 斷結(jié)論，或預(yù)報(bào)即將可能會(huì)發(fā)生的故障，來保證及時(shí)制定合理的維修技術(shù) 內(nèi)容，從而有效保證飛行安全，提高經(jīng)濟(jì)效益。航空發(fā)動(dòng)機(jī)（以下簡稱 “發(fā)動(dòng)機(jī)”）健康管理技術(shù)通常情況下都具有狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及故障處理兩個(gè) 方向研究，這不但能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)其及時(shí)進(jìn)行發(fā)現(xiàn)，還能夠?qū)?不同種類的故障類型進(jìn)行及時(shí)診斷。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所表 現(xiàn)出的各方面參數(shù)采集并進(jìn)行有效測(cè)評(píng)，可以在各部件開展相關(guān)工作時(shí)所 表現(xiàn)出的狀態(tài)進(jìn)行有效判斷。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的意義

航空事業(yè)的發(fā)展不僅與我國國防戰(zhàn)略息息相關(guān)，一定程度上還承載著 數(shù)以萬計(jì)的乘客的安全，航空事業(yè)發(fā)展處于世界前沿，既能展現(xiàn)我國的綜 合國力，又能體現(xiàn)我國的大國重器、大國威望。航空領(lǐng)域中，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng) 是整個(gè)飛行系統(tǒng)的核心，只有保障了發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)正常的運(yùn)行，才能使飛行 過程安全有保障。由此一來，航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷是航空事業(yè)發(fā)展中必不 可少的環(huán)節(jié)。另外，航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷技術(shù)第一時(shí)間找準(zhǔn)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故 障的部位，并且根據(jù)實(shí)際情況判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障的嚴(yán)重程度，這種高效率的 故障排查診斷技術(shù)極大地保證了飛行安全，同時(shí)，又有效減少了發(fā)生故障 時(shí)，所需要的人力、物力、財(cái)力的消耗，縮短了飛行系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)間，大大 提高飛行器的利用率。另一方面，航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷技術(shù)又可以實(shí)現(xiàn)前 沿的飛行維修技術(shù)理念[1]?，創(chuàng)造先進(jìn)的維修技術(shù)的基礎(chǔ)條件。重視航空發(fā) 動(dòng)機(jī)故障診斷技術(shù)，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(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷技術(shù)，于國于民都意義重大。

2 常見故障種類

發(fā)動(dòng)機(jī)故障問題具有復(fù)雜性特點(diǎn)，按照不同故障種類可以歸納為性能 故障、承壓故障、附件和系統(tǒng)數(shù)據(jù)故障等，在經(jīng)過充分調(diào)研之后得出，我 國現(xiàn)階段發(fā)動(dòng)機(jī)故障發(fā)生成因中，性能故障大約占整體故障的27%左右， 承壓故障占據(jù)整體故障率65%左右，附件以及系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)故障只占總計(jì) 故障率8%左右。而一般情況下， 發(fā)動(dòng)機(jī)所采用的診斷方式是以整機(jī)振動(dòng) 信號(hào)為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行診斷工作，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)的測(cè)試手段十分豐富， 大致上可以分成三種。第一，對(duì)渦輪等外部結(jié)構(gòu)在振動(dòng)過程中的相關(guān)參數(shù) 進(jìn)行測(cè)量;第二，對(duì)軸承相關(guān)部位在載荷以及振動(dòng)方面進(jìn)行測(cè)量;第三， 對(duì)轉(zhuǎn)軸在運(yùn)行時(shí)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。其中，由于軸承和轉(zhuǎn)子等部件時(shí)發(fā)動(dòng) 機(jī)關(guān)鍵構(gòu)成部件，整體被稱為轉(zhuǎn)軸部件。由于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行診斷工作過程 中，主要是通過對(duì)轉(zhuǎn)軸部件進(jìn)行測(cè)量時(shí)的具體測(cè)量結(jié)果所得出的，所以轉(zhuǎn) 軸部件發(fā)生故障，是直接導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)振動(dòng)故障的關(guān)鍵成因[2]。

3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的技術(shù)的具體實(shí)施方法

飛機(jī)飛行前及著陸后，地勤人員在現(xiàn)場(chǎng)要及時(shí)讀取關(guān)鍵部件狀態(tài)信 息，若有故障、異常、建議，立即作出維修判斷。相關(guān)人員要依據(jù)不同種 類的機(jī)型，明確出其具體的診斷訴求，根據(jù)各種類型的機(jī)型要求，制定出 與之對(duì)應(yīng)的診斷方案以及相關(guān)診斷設(shè)備。不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)故障的診斷方 式有以下幾點(diǎn)。

3.1? 表層簡易診斷方法

表層簡易診斷主要針對(duì)的是較輕的發(fā)動(dòng)機(jī)故障類型，是指在航空發(fā)動(dòng) 機(jī)運(yùn)行過程中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行初步的診斷與判斷，有助于飛行員能夠準(zhǔn)確

地掌握飛行器的運(yùn)行狀態(tài)，在出現(xiàn)個(gè)別狀況時(shí)能迅速發(fā)現(xiàn)問題所在。建議 的診斷一般是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)中某一個(gè)特定的零部件，檢驗(yàn)其特征參數(shù)是否 正常，其飛行狀態(tài)是否正常，如果測(cè)量結(jié)果在指定的參數(shù)范圍內(nèi)，則發(fā)動(dòng) 機(jī)系統(tǒng)測(cè)定為正常運(yùn)行。如果對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)連續(xù)進(jìn)行簡易的表層測(cè)定和定 時(shí)監(jiān)測(cè)，就可以輕松地獲得發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)營趨勢(shì)規(guī)律，以此數(shù)據(jù)可以做出相應(yīng) 的故障預(yù)測(cè)，必要時(shí)還要語音預(yù)報(bào)?？傮w而言，簡易診斷方法優(yōu)勢(shì)在于儀 器簡單，便于操作，對(duì)監(jiān)測(cè)員的技術(shù)要求不高，只能作為一種初步檢測(cè)方 法，但更加深入的檢測(cè)方法還要取決于以下幾點(diǎn)。

3.2? 模型診斷

由于發(fā)動(dòng)機(jī)在生產(chǎn)組裝以前，都會(huì)通過模型對(duì)其相關(guān)性能展開測(cè)評(píng)， 除卻在大小上存在差異之外，在整體組成、性能、部件等方面完全一致。 所以，通過運(yùn)行模型的方式對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)故障展開排查，可以在第一時(shí)間 發(fā)現(xiàn)問題所在，進(jìn)而能夠及時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)開展維修工作。與此同時(shí)，此種診 斷方式也被稱作“概念診斷”方式。由于這種方式具有極高的準(zhǔn)確性，并 且診斷更有層次，不但能夠?qū)碚摲矫娴墓收线M(jìn)行處理，還可以對(duì)實(shí)踐操 作中遇到的問題進(jìn)行有效處理，也是當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)診斷的主要探索方向。除 此之外，模型診斷方式的優(yōu)點(diǎn)，是可以通過模型實(shí)際情況對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn) 行時(shí)可能發(fā)生的問題以及故障進(jìn)行預(yù)測(cè)?？墒瞧湓谑褂眠^程中也存在一定 缺點(diǎn)，其關(guān)鍵在于整個(gè)模型仿真系統(tǒng)所涵蓋的領(lǐng)域十分龐雜，具有極高的 精密性，在診斷時(shí)效上相較于表層診斷過于緩慢，要嚴(yán)格遵守診斷精度進(jìn) 行工作，在實(shí)踐過程中會(huì)有一定困難。由此，發(fā)動(dòng)機(jī)模型診斷的方式現(xiàn)在 已是國內(nèi)外最具話題性的研究方向[3]。

3.3? 信號(hào)處理故障診斷方法

信號(hào)處理故障診斷法是發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷領(lǐng)域應(yīng)用較早的方法之一。 信號(hào)分析法重點(diǎn)利用了時(shí)間值、頻率值、振幅值、時(shí)頻值等切入點(diǎn)，進(jìn) 行故障診斷分析。信號(hào)處理故障診斷法的主要類型包括波峰系數(shù)、相關(guān) 分析法、信號(hào)同步分析法、峰值熵譜法、脈絡(luò)分析法、自回歸譜分析 法、小波分析法、參數(shù)分析法等，其中，信號(hào)同步分析法是其他診斷方 法的基礎(chǔ)前提。

3.4? 物理化學(xué)診斷方法

物理化學(xué)診斷法，簡單來說，就是通過伴隨出現(xiàn)的各種物理化學(xué)現(xiàn) 象，直接對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的故障診斷。此種方法主要利用了物理現(xiàn) 象中的振電磁波、聲現(xiàn)象、光原理、熱學(xué)原理、射線、電學(xué)等知識(shí)，還利 用了化學(xué)現(xiàn)象中的各種化學(xué)反應(yīng)等多種手段，觀察檢測(cè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行 規(guī)律和特征。這種方法形象快速，但也是只能檢測(cè)一小部分的故障。

結(jié)束語： 近年來，發(fā)動(dòng)機(jī)在故障診斷方面的相關(guān)技術(shù)正逐步完善，更 是將人工智能、信息技術(shù)、健康管理等多種學(xué)科進(jìn)行整合，發(fā)展成現(xiàn)在這 樣具有極強(qiáng)實(shí)用性的交叉科目。根據(jù)相關(guān)調(diào)研報(bào)告得出，發(fā)動(dòng)機(jī)故障方面 的診斷技術(shù)在當(dāng)下航空領(lǐng)域的發(fā)展?jié)摿?，在未來發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷技術(shù)發(fā)展 過程中，要把上述技術(shù)充分運(yùn)用到具體工作之中，確保發(fā)動(dòng)機(jī)具有優(yōu)異的屬性，保障飛行器的安全性與可靠性，實(shí)現(xiàn)健康管理。

參考文獻(xiàn)：

[1]李慶杰.PW4000發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)故障研究[D].西北工業(yè)大學(xué)碩士畢業(yè)論文， 2005.

[2]胡守仁，余少波，戴葵.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)論[M].長沙：國防科技大學(xué)出版社，1993.

[3]翟紅春，王珍發(fā).小波變換在航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的應(yīng)用[J].中國民航學(xué)院 學(xué)報(bào)，2001（4）：20-23.

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