航空發(fā)動機碰摩故障在線監(jiān)測與診斷技術(shù)探析

郭 彪,郭麗芳

（株洲南方航空高級技工學(xué)校,湖南 株洲 412002）

航空發(fā)動機碰摩故障在線監(jiān)測與診斷技術(shù)探析

郭 彪,郭麗芳

（株洲南方航空高級技工學(xué)校,湖南 株洲 412002）

發(fā)動機的正常運行對大型機械的性能和正常運轉(zhuǎn)起著至關(guān)重要的作用，在飛機運行過程中，如果能夠在第一時間找到發(fā)動機的故障并解決，則在一定程度上可以控制故障的發(fā)展，確保飛機正常飛行落地。而在大型機械的運轉(zhuǎn)過程中，發(fā)動機的碰摩故障是較為常見的故障類型，對碰摩故障的準(zhǔn)確快速判斷，則對整個發(fā)動機故障的處理有著重要的意義。傳統(tǒng)的診斷方法雖然應(yīng)用面比較廣，但是效率比較低，對碰摩故障也不能第一時間監(jiān)測到。在技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，本文就對航空發(fā)動機碰摩故障的在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行分析。

航空發(fā)動機;大型機械;故障;在線監(jiān)測;診斷

1 引言

航空發(fā)動機在運行過程中，容易發(fā)生轉(zhuǎn)子件與定子件之間的相互摩擦，摩擦故障會導(dǎo)致發(fā)動機轉(zhuǎn)子系統(tǒng)失穩(wěn)，從而影響轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致整機震動加劇、發(fā)動機性能下降或其他后繼故障，故障嚴(yán)重的將危害發(fā)動機的正常運行。近年來，隨著航空機發(fā)動機的性能和工作效率越來越高，發(fā)動機的葉尖間隙也在逐漸地變小，這使得航空發(fā)動機的碰摩故障發(fā)生頻率提高。傳統(tǒng)的航空發(fā)動機碰摩監(jiān)測方法主要是定期孔探檢測、性能監(jiān)控、振動信號監(jiān)控等方法。這些傳統(tǒng)的監(jiān)測手段，或是無法準(zhǔn)確地定位故障，或是只能對二次故障進(jìn)行監(jiān)測，無法滿足對航空發(fā)電機的高性能要求。從航空發(fā)動機在實際使用過程中的需求和情況來看，迫切需要一種新的新的監(jiān)測手段來提高監(jiān)測質(zhì)量。本文就對航空發(fā)動機碰摩故障的在線監(jiān)測與診斷技術(shù)進(jìn)行探析。

2 航空發(fā)電機碰摩故障探析

2.1 摩擦過程分析

航空發(fā)動機的碰摩故障按照故障的嚴(yán)重程度可以分為間歇性碰摩、局部碰摩和整周碰摩三種類型。簡潔性碰摩是指氣壓機葉片在發(fā)動機轉(zhuǎn)速等情況下發(fā)生的偶然碰摩；局部碰摩是指發(fā)動機在一個或幾個周期內(nèi)發(fā)生一次碰摩故障，而整周碰摩是指在多個轉(zhuǎn)速周期中始終按發(fā)生碰摩。從摩擦學(xué)的角度我們可以分析到，葉片機和機匣之間的碰摩屬于干摩擦過程中，兩者碰撞之間并沒有潤滑劑等固體。

2.2 碰摩顆粒產(chǎn)生機理

航空發(fā)動機的發(fā)動機葉片和機匣發(fā)生漸進(jìn)的碰摩接觸時，會因為摩擦產(chǎn)生較小的顆粒，發(fā)動機葉片和機匣發(fā)生較激烈的碰摩接觸時，會產(chǎn)生較大的顆粒。通常情況下，對干摩擦進(jìn)行分析時，可以采用磨損定律表示摩擦過程的各參數(shù)關(guān)系及影響程度。

3 航空發(fā)動機碰摩故障監(jiān)測原理

3.1 航空發(fā)動機碰摩故障在線監(jiān)測原理

航空發(fā)動機主要基于精密的信號處理系統(tǒng)運行，依靠靜電監(jiān)測原理對碰摩故障進(jìn)行監(jiān)測。在線監(jiān)測系統(tǒng)運行過程中，航空飛機上會有一個特定的信號處理器對航空發(fā)動機的碰摩故障進(jìn)行監(jiān)測，及分析對故障的具體解決辦法。因此此種監(jiān)測方法是在線監(jiān)測，可以對發(fā)動機進(jìn)行全天候的監(jiān)測，從而保證飛機在飛行全程的穩(wěn)定性。同時利用處理器進(jìn)行監(jiān)測和分析故障，更加準(zhǔn)確可信，效率也更高。

3.2 碰摩故障靜電監(jiān)測原理

在線監(jiān)測系統(tǒng)的基本原理是靜電監(jiān)測原理。當(dāng)發(fā)動機發(fā)生故障時，會產(chǎn)生一些細(xì)小的帶電顆粒物，這些顆粒物會對靜電荷的數(shù)量產(chǎn)生影響，從而會使電荷場中的電量出現(xiàn)異常波動的情況。而信號處理器通過對整個靜電場的監(jiān)測，能夠監(jiān)測到電流波動狀況，并將監(jiān)測結(jié)構(gòu)輸送到信號處理器上，信號處理器通過分析監(jiān)測，從而判斷發(fā)動機是否出現(xiàn)碰摩故障。在碰摩故障處理中，信號探測是一個傳感器探測針，它可以將探測結(jié)果實時地發(fā)送給處理器終端，終端會對信號進(jìn)行除噪、過濾、放大處理，將信號的特征提取出來，再傳輸給信號分析終端進(jìn)行分析，最終在監(jiān)測器上顯示是否出現(xiàn)發(fā)動機的碰摩故障。因為采用在線系統(tǒng)監(jiān)測，可以對發(fā)動機進(jìn)行實時監(jiān)測、及時反饋解決，以確保發(fā)動機的正常運行和飛機的安全飛行。

3.3 碰摩故障診斷及處理

對航天發(fā)動機的碰摩故障的診斷，大致的流程如下：在靜電信號圖像顯示完全后，可以根據(jù)公式計算出靜電場內(nèi)電荷信號的活動頻率。在靜態(tài)靜好圖像的提出過程中，一方面會提出在連續(xù)時間范圍的電荷信號信息，另一方面一會提取離散的電荷信號，連續(xù)時間范圍的電荷信號更加真實，而離散的電荷信號則更加直觀、清晰，處理起來也比較方便。在對圖像中的電荷信號求均方根值，便可發(fā)現(xiàn)電信號的異常，從而判斷出發(fā)動機的碰摩故障。

在大型機械的運行過程中，發(fā)動機發(fā)出的靜電有很多種，我們應(yīng)該對異常的信號做好相應(yīng)的處理措施，以確保準(zhǔn)確診斷碰摩故障并及時解決，以免減少不必要的損失。在遇到故障時，飛行員要保持清醒的頭腦，冷靜分析情況，判斷故障是否在自己的能力控制范圍之內(nèi)，如果能夠解決，則要認(rèn)真觀察情況，思考應(yīng)對措施，如果發(fā)現(xiàn)故障超出自己的能力范圍，就要及時請求援助，并控制好飛機的飛行狀態(tài)，以確保飛機最大程度的安全飛行。

4 總結(jié)

在本文中，我們對航空發(fā)動機的碰摩故障進(jìn)行了進(jìn)一步的分析研究，并對在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。在飛機的運行過程中，其安全性和可靠程度要靠發(fā)動機的穩(wěn)定運行實現(xiàn)。因此，對發(fā)動機的在線監(jiān)測技術(shù)的研究十分有必要。發(fā)動機的碰摩故障常見但是難易準(zhǔn)確快速診斷，采用在線監(jiān)測與診斷可以在完善傳統(tǒng)診斷技術(shù)的基礎(chǔ)上，達(dá)到更好的診斷效果，從而實現(xiàn)飛機的安全飛行和最大程度的確保飛機乘客的生命財產(chǎn)安全。

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[2]符嬈，張群巖，趙述元．航空發(fā)動機試飛中轉(zhuǎn)靜子碰摩故障信號處理的希爾伯特-黃變換(HHT)方法[J].噪聲與振動控制,2012(02).

[3]張波，羅澤明，于相財.航空發(fā)動機碰摩故障在線監(jiān)測和診斷[J].中國機械,2014(18).

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.021