探析航空发动机故障诊断方法

探析航空发动机故障诊断方法

姬嘉宇 ,尹沧海

西华大学  四川省成都市  610039

摘要：航空发动机相当于飞机的“心脏”，是飞机的核心部件之一。因此，飞机发动机的状况是影响飞机安全性和可靠性的重要因素。航空发动机是一种多系统集成的高度复杂的设备系统，在超恶劣的高速、高压和振动环境中长期工作，并将其工作状态视为非线性、时间临界和不确定。这将导致各种不确定性的故障发生，以及许多事故和各种危险环境。一旦发生故障，人的生命和经济安全将会受到很大威胁。

关键词：航空发动机；故障诊断；方法

引言

航空发动机故障排除技术主要需要掌握运行过程的运行状态，判断发动机的可靠性。推测发动机，推测是否有异常。最好提前发现故障，然后评估故障的原因和部分，对故障部分的技术采取维护措施，以后增强维护。

1航空发动机预测与健康管理技术

预测与健康管理（PrognosticsandHealthManagement，PHM）该技术旨在提前预测航空发动机故障的时间和地点，提高发动机运行可靠性，降低维护成本，提高维护准确性，缩短维修时间。故障排除是phr技术的一个重要方面。PHM技术实现了对传感器采集系统数据信息的即时监控，以获得航空发动机的运行状况、发动机运行状况评估、运行可靠性评估、当前发动机故障评估、故障时间和零件预测、预测故障类型的及时分类和故障定位有效缩短了实际维护时间，降低了航空发动机生命周期维护的保修成本，提高了航空发动机系统的可靠性和安全性，为航空发动机的快速准确维护提供了有力的支持。

2航空发动机故障分类

(1)稳定性等级的失效是飞机发动机的一个主要故障，可能导致严重损坏，在这种情况下，试验过程很难轻易改变发动机的工作负荷，保持发动机的气动不稳定性。(2)在出现磨损和疲劳故障的情况下，最早的故障主要是零部件磨损和疲劳导致不同部件之间出现异常磨损，因为故障发生后主要损坏叶片和轴承；(3)发动机损坏是由于高温运行时间长造成的。飞机发动机运行中的磨损和变形问题可能导致发动机转速矩和不均匀故障。轴承安装过程中出现故障时，导致轴故障电机的主要故障模式是振动故障。(5)控制器故障，发动机故障是燃油控制系统中由多个位置组成的故障。传感器和执行机构是燃油控制系统的重要组成部分，容易发生故障。命令系统是整个电机的核心系统，故障时可能会造成严重后果。

3基于数学物理模型的故障诊断方法

以数学物理模型为基础的求解方法是以物理规则为基础，用不同的过滤算法对发动机的数学和物理模型进行故障诊断。飞机发动机完全制造之前，制造商使用基于气动热力学的物理样机进行性能测试。故障诊断方法基于此物理原型创建的模型进行故障诊断。该原型由复杂的工作系统和系统系统组成，需要精确的数学物理模型进行故障排除。us kobayashit组提供基于Karlman滤波组的航空母舰传感器故障检测和隔离，以评估不同故障情景下导航模式下不同能量设置下的性能，从而提高故障诊断的准确性。Yu提出了一种既支持向量滤波器又支持Karl-Man滤波器的解决方案，允许对飞机进行事先排序和估计的故障排除，从而提高了估计的准确性。带有组件的电机用于复杂的内部故障，电机用于计算电感系数和电机额定功能频率公式，从而导致现场变化和仿真模型中的仿真电流平滑。当一个系统较不复杂且易于处理，从而建立更精确的数学物理模型时，该方法通过系统的动态过程捕获系统的不同状态。因此，故障诊断结果更准确、更有意义。

4神经网络技术

即R13和BP网络模型得到广泛应用，模型设计基于人脑的基本特征，如综合、学习、记忆和泛化，具有较强的数学计算能力。该技术应用于航空发动机故障诊断时，其信息融合模型通常采用BP网络模型，该模型可以预处理信号、对神经网络信息进行分类等。对于该模型的特定性能。但值得注意的是，在具体介绍神经网络时，结构设计应是健康的，主要是在神经网络和隐藏层输入输出的相关方面，对于隐藏层的设计，神经元的数量根据问题分析过程进行调整。同时，基于BP神经网络构建的诊断模型，诊断过程如下。

5基于模拟信号处理分析的故障诊断方法

当基于模拟信号处理分析进行故障诊断时，传感器系统采集的振动和运行状态参数采用不同的时间、频率、振幅等模拟信号分析理论，转换成一系列波形曲线，用于利用时域分析、频率分析、频域分析等提取典型故障特征。时域分析是分析非稳定信号的有效方法，方法是计算时域波形上各种统计参数的指标，详细阐述信号时域结构，为某一时间点信号的瞬时频率计算和振动速度描述提供依据。频率分析使用傅立叶变换将时域信号转换为频带进行分析。频域分析分析了波浪曲线的时域和频域，从而利用时域和频域信息改进了波浪曲线特征的提取。基于仿真信号的求解方法可以避免精确的数学物理模型，并且非常平稳。美国采用的实验设计和方差方法为求解转子叶片的不确定方程提供了精确的解决方案。但是，飞机发动机结构构件的耦合导致了复杂的机械结构。相比之下，飞机发动机不是以均匀速度运行，而是以不断变化的速度和输出转矩运行。机械结构越复杂，工作状态变化越频繁，采集到的信号越复杂，根据信号模拟的求解方法很难准确提取单个零件和特定的工作信号；飞机发动机转子摩擦发生碰撞时，振动信号变化迅速，使得信号的特征提取变得困难，使模拟信号的处理变得困难。

结束语

伴随着技术的逐渐融合，飞机发动机故障排除技术成熟，诊断精度提高，发动机故障诊断可靠，飞机发动机故障排除系统可以改进。采用各种诊断方法分析发动机，保证飞行发动机的性能。

参考文献

[1]刘义平.航空燃气涡轮风扇发动机故障识别诊断方法研究[J].航空维修与工程,2020

[2]张振良.民用航空发动机故障诊断及故障预测方法研究[D].南京航空航天大学,2020

[3]阚德臣.航空发动机故障诊断方法及测试流程分析[J].内燃机与配件,2019