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试分析航空发动机故障诊断技术

发表时间：2020/11/2 来源：《基层建设》2020年第21期作者：杨世国

[导读] 摘要：航空发动机一般都会有发动机状态监控与故障诊断两大售后服务机构,这不仅保障了随时随地发现故障，还能快速有效地诊断故障类型。

        中国航发贵州黎阳航空动力有限公司贵州贵阳 550014
        摘要：航空发动机一般都会有发动机状态监控与故障诊断两大售后服务机构,这不仅保障了随时随地发现故障，还能快速有效地诊断故障类型。对发动机工作运行时的各种参数实时监测，在结合各部件工作运行时的发展趋势做出有价值的判断，简单来说，就是对航空发动机发生故障时做出诊断结论，或预报即将可能会发生的故障，来保证及时制定合理的维修技术内容，从而有效保证飞行安全，提高经济效益。本文对航空发动机故障进行分析，讲述了航空发动机的故障分类，重点讲述航空发动机故障诊断技术，希望可以保障航空事业稳步向前。
        关键词：航空发动机；故障诊断技术
        1 航空发动机故障诊断的意义
        航空事业的发展不仅与我国国防战略息息相关，一定程度上还承载着数以万计的乘客的安全，航空事业发展处于世界前沿，既能展现我国的综合国力，又能体现我国的大国重器、大国威望。航空领域中，发动机系统是整个飞行系统的核心，只有保障了发动机系统正常的运行，才能使飞行过程安全有保障。由此一来，航空发动机故障诊断是航空事业发展中必不可少的环节。另外，航空发动机故障诊断技术第一时间找准发动机发生故障的部位，并且根据实际情况判断发动机故障的严重程度，这种高效率的故障排查诊断技术极大的保证了飞行安全，同时，又有效减少了发生故障时，所需要的人力、物力、财力的消耗，缩短了飞行系统停运时间，大大提高飞行器的利用率。另一方面，航空发动机故障诊断技术又可以实现前沿的飞行维修技术理念，创造先进的维修技术的基础条件。重视航空发动机故障诊断技术，就是掌握了飞行器安全驾驶，保证乘客人身安全的法宝，因此，深入探索航空发动机故障诊断技术，于国于民都意义重大。
        2 航空发动机整机振动故障机理
        航空发动机是无限自由度振动系统，各种激励振动影响发动机整机振动，由于发动机结构复杂，安全性能要求更高。信号是信息的载体，需要转化为传输媒质能接受的信号形式，振动信号分为连续信号与离散信号，振动是动态量，航空发动机是复杂的机械装置，其振动信号形式非简谐振动。航空发动机振动分析不能脱离高低压转子转频，通过对振动信号进行傅里叶变换，能将复杂振动信号频率分量幅值进行简单处理。频谱分析为故障诊断的基本工具，人们可以采用小波分析法进行频谱分析，确切地诊断故障类型。不同故障对应的频率特征不同，多种故障频率具有很强的相似性。将振动信号对时间求导能得到振动速度与加速度。振动位移与加速度信号频率相同，振动速度幅值为位移和频率平方乘积。振动速度相位滞后振动加速度相位90°，运用性质不同的振动信号诊断故障，故障相同时表现出不同特征。故障诊断建立在深入的特征提取基础上，通过检测得到机械运行信号，包含系统状态信息。人们需要采用多种手段对信号进行处理，选择对工况状态敏感的特征参量进行发动机设备故障诊断，判断特征分析结果是否可靠，特征分析方法包括信息处理技术手段，如数字信号处理、图像识别等。信号时频域思路是设计时间与频率的联合函数，频域分析方法提供时间频域率联合分布信息。振动在发动机故障中占很大比重，振动反映设备监控状况，发动机等旋转机械正常运行使振动值较小，振动值变大说明设备出现故障。
        3 航空发动机故障诊断的技术的具体实施方法
        航空发动机故障诊断技术归根结底服务于飞行器本身，技术人员根据不同的机型，不同的诊断目的，不同的诊断要求，采用不同类型的技术诊断人员和设备，采取不同的诊断方法和应对措施，对各种发动机“对症下药”的进行诊断。以下是航空发动机常见的故障诊断技术所采用的具体的不同方法。
        3.1表层简易诊断方法
        表层简易诊断主要针对的是较轻的发动机故障类型，是指在航空发动机运行过程中，对发动机进行初步的诊断与判断，有助于飞行员能够准确地掌握飞行器的运行状态，在出现个别状况时能迅速发现问题所在。

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建议的诊断一般是检测发动机当中某一个特定的零部件，检验其特征参数是否正常，其飞行状态是否正常，如果测量结果在指定的参数范围内，则发动机系统测定为正常运行。如果对航空发动机连续进行简易的表层测定和定时监测，就可以轻松地获得发动机运营趋势规律，以此数据可以做出相应的故障预测，必要时还要语音预报。总体而言，简易诊断方法优势在于仪器简单，便于操作，对监测员的技术要求不高，只能作为一种初步检测方法，但更加深入的检测方法还要取决于以下几点。
        3.2信号处理故障诊断方法
        信号处理故障诊断法是发动机故障诊断领域应用较早的方法之一。信号分析法重点利用了时间值、频率值、振幅值、时频值等切入点，进行故障诊断分析。信号处理故障诊断法的主要类型包括波峰系数、相关分析法、信号同步分析法、峰值熵谱法、脉络分析法、自回归谱分析法、小波分析法、参数分析法等，其中，信号同步分析法是其他诊断方法的基础前提。
        3.3物理化学诊断方法
        物理化学诊断法，简单来说，就是通过伴随出现的各种物理化学现象，直接对航空发动机进行相应的故障诊断。此种方法主要利用了物理现象中的振电磁波、声现象、光原理、热学原理、射线、电学等知识，还利用了化学现象中的各种化学反应等多种手段，观察检测航空发动机的运行规律和特征。这种方法形象快速，但也是只能检测一小部分的故障。
        3.4发动机模型故障诊断方法
        发动机在建造组装之前都会利用模型进行性能测试，除了大小不同以外，在结构、性能、工作原理、零件组装上都完全相同，因此，利用发动机模型进行故障的诊断排查，能够快速找到问题所在，直接对实体发动机进行修缮。同时，这种诊断方法又称为理论知识诊断法。这种方法相对于表层简易诊断法更加精确，深度更强。它不仅可以解决理论知识层面的问题，又能解决实践操作的瓶颈，因此，此种方法受到许多高校的深入探索。发动机模型故障诊断法优势在于能够根据模型的运营状况来预知实体发动机未来使用过程中会发生的未知故障，不需要经验和历史案例。但任何事情都有两面性，其不足之处在于模型的系统仿真效能复杂庞大，诊断速度上相较于简易诊断法较慢，必须严格要求诊断精度，诊断过程中会有所困难。因此，发动机模型故障诊断法是国内外都趋之若鹜的研究热点。
        结束语
        航空发动机故障诊断技术主要需要对运行过程的工作状态进行掌握，对发动机的可靠性进行判断。对发动机进行推测，推测其是否存在异常。最好能够提前发现故障，然后对各种故障发生的原因以及部位展开评价，并对故障发生的部位技术采取维修措施，后期加大维护。随着各种技术的不断融合，航空发动机故障诊断技术不断成熟，诊断的精确度相应提高，能够可靠的对发动机进行诊断，让航空发动机故障诊断系统能够更加完善。使用各种诊断方法对其进行分析，保障航空发动机的安全性能。
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