航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究

劉遠(yuǎn)航 王鐵楠 鄭 麗

（中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

隨著我國航空工業(yè)的不斷發(fā)展，航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，但是在航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用中可能會(huì)出現(xiàn)一些故障，其中發(fā)動(dòng)機(jī)的碰磨故障是最主要的故障之一，如果航空發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過程中出現(xiàn)較大的故障，可能會(huì)出現(xiàn)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)無法運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，這將會(huì)造成重大的安全隱患。因此，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)單位加強(qiáng)對發(fā)動(dòng)機(jī)故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究是非常必要的，這樣才能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障，在出現(xiàn)重大事故之前排除故障。發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子和靜子之間的碰磨是正?，F(xiàn)象，但是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)難免會(huì)出現(xiàn)一些問題，從而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)失穩(wěn)或發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)其他故障，使得飛機(jī)無法正常飛行。隨著航空技術(shù)水平的提高，對發(fā)動(dòng)機(jī)故障的在線監(jiān)測提出了更高的要求，以往的監(jiān)測技術(shù)無法對故障位置進(jìn)行非常準(zhǔn)確的定位，導(dǎo)致排除故障非常困難，效率也比較低，不能滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)要求。本文首先介紹了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的故障分析情況，包括故障分析、碰磨顆粒產(chǎn)生機(jī)理、故障診斷及處理，重點(diǎn)講解了航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障在線監(jiān)測原理和故障靜電監(jiān)測原理。通過對航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障在線監(jiān)測原理的研究，能夠有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)測技術(shù)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)故障處理效率，也為航空事業(yè)的安全發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障

1.1 故障分析

碰磨故障是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要故障，發(fā)動(dòng)機(jī)碰磨故障主要可以分為3種，分別是間歇性碰磨故障、局部碰磨故障和整周碰磨故障。其中，間歇性碰磨故障是指在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下發(fā)生的不確定故障；局部碰磨故障是指發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行一個(gè)階段后發(fā)生的一次碰磨故障；整周碰磨故障是指發(fā)動(dòng)機(jī)在多個(gè)運(yùn)行周期中發(fā)生的碰磨故障。一般來說，碰磨故障是一種干摩擦，是發(fā)動(dòng)機(jī)葉片與發(fā)動(dòng)機(jī)殼體之間的摩擦，這種摩擦過程中一般不存在潤滑劑。一般情況下，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片安裝在各級輪盤上，每一個(gè)輪盤上就有著幾十個(gè)甚至有上百片葉片，所以單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片與封嚴(yán)材料或發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣殼體的碰磨是一種類似于斷續(xù)磨削的過程，而且如果從摩擦學(xué)的角度來分析就可以知道，發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片與機(jī)匣碰磨屬于典型的高速干摩擦過程，也就是摩擦之間沒有任何潤滑劑或保護(hù)膜的純固體高速接觸摩擦的形式，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的特殊性，碰磨過程就可以定義為高速斷續(xù)干磨削過程。

1.2 碰磨顆粒產(chǎn)生機(jī)理

航空發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過程中，葉片與發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)匣會(huì)發(fā)生比較輕微的碰磨，這種情況下就會(huì)產(chǎn)生非常小的碰磨顆粒；如果葉片與發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)匣出現(xiàn)比較大的碰磨時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)非常大的碰磨顆粒。對于這種葉片與發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)匣碰磨的分析，一般情況都可以用磨損定律來確定碰磨的相關(guān)數(shù)據(jù)，還可以分析這種相互碰磨可能產(chǎn)生的后果。可以對發(fā)動(dòng)機(jī)的靜電場進(jìn)行檢測，時(shí)刻檢測電場的電流變化情況，同時(shí)把監(jiān)測的情況反饋給相應(yīng)的接收裝置，信號接收裝置再對其進(jìn)行分析識別，這樣能夠較為準(zhǔn)確判斷出發(fā)動(dòng)機(jī)的碰磨情況，如果碰磨情況較為嚴(yán)重時(shí)就需要進(jìn)行發(fā)出警報(bào)。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障監(jiān)測原理

2.1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障在線監(jiān)測原理

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的原理就是信號的收集和處理，這些信號的監(jiān)測系統(tǒng)主要是通過對靜電的監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)故障進(jìn)行分析處理。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)通過故障在線監(jiān)測系統(tǒng)以及信號處理系統(tǒng)，能夠使得飛機(jī)在飛行過程中對發(fā)動(dòng)機(jī)的故障信號進(jìn)行監(jiān)測，并分析發(fā)動(dòng)機(jī)故障的具體情況，提出故障的解決辦法，從而確保發(fā)動(dòng)機(jī)的各種故障能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處理。所以，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)測系統(tǒng)一定要是在線監(jiān)測的，只有在線監(jiān)測系統(tǒng)，才能對飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)了解故障情況，確保飛機(jī)安全飛行。而且，通過信號處理系統(tǒng)能夠?qū)收线M(jìn)行監(jiān)測和分析，更加準(zhǔn)確可靠。

2.2 故障靜電監(jiān)測原理

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的原理就是靜電的監(jiān)測原理。如果航空發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)問題或故障，一定會(huì)在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)一些帶電的顆粒，而這些帶電的顆粒就會(huì)對發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的電荷產(chǎn)生一定的影響，就會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的靜電場產(chǎn)生變化。在線監(jiān)測系統(tǒng)可以通過信號的收集設(shè)備監(jiān)測發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的電場情況，及時(shí)收集電場中的電波變化情況，把這些電波信號收集到相應(yīng)的信號處理器中，通過這些處理器就能夠?qū)﹄姴ㄐ盘栠M(jìn)行分析計(jì)算，并判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的故障情況。在信號處理過程中，信號的監(jiān)測裝置是一種傳感器，這種傳感器能夠把收集的信號及時(shí)地反饋給信號收集器，信號收集器再把這些信號進(jìn)行過濾和放大，把有代表性的信號挑選出來，再把這些特征信號傳送給計(jì)算分析裝置進(jìn)行判斷，然后就能確定發(fā)動(dòng)機(jī)是否發(fā)生了碰磨故障。通過這種信號收集和監(jiān)測系統(tǒng)，就能夠及時(shí)地對發(fā)動(dòng)機(jī)的情況進(jìn)行監(jiān)測，從而確保發(fā)動(dòng)機(jī)在出現(xiàn)故障時(shí)能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，保證飛機(jī)的飛行安全。

2.3 故障診斷及處理

航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的流程包括以下內(nèi)容：在完成靜電場的信號收集后，通過計(jì)算程序可以了解電場內(nèi)信號的強(qiáng)弱，在對這些信號的提取過程中，能夠了解在一段時(shí)間內(nèi)的信號強(qiáng)弱情況，也可以了解到電荷的離散信號，一般情況下電荷在一段固定時(shí)間內(nèi)的信號較為準(zhǔn)確，但是電荷的離散信號也比較直觀，通過觀察離散信號也能夠較為簡單的得到相應(yīng)的信息。然后要對收集的信號進(jìn)行計(jì)算分析，了解電荷信號是否屬于故障信號，進(jìn)而判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否出現(xiàn)了故障。在飛機(jī)的飛行過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生各種各樣的信號，隨著飛行時(shí)間的增長，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)各種異常的情況，因此，通過這個(gè)故障在線監(jiān)測系統(tǒng)就能夠及時(shí)準(zhǔn)確地了解發(fā)動(dòng)機(jī)的異常情況，從而準(zhǔn)確判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障的位置，并采取正確的應(yīng)對措施，避免飛機(jī)出現(xiàn)重大的故障，減少國家的經(jīng)濟(jì)損失。另外，在飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，飛行員一定要能夠認(rèn)清形勢，及時(shí)查找到故障原因，能夠分析飛機(jī)的飛行情況，確定故障的嚴(yán)重程度，如果想要控制好飛機(jī)的正常飛行，就需要時(shí)刻監(jiān)測故障的進(jìn)展情況，按照要求采取必要的措施，但是在不能處理發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)的故障時(shí)，就需要立即求援，最大限度地保證飛機(jī)的安全，直到飛機(jī)安全著陸或故障得到排除。

結(jié)論

本文對航空發(fā)動(dòng)機(jī)的故障進(jìn)行了深入的分析研究，并對在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了探討。在飛機(jī)的運(yùn)行過程中，飛機(jī)的安全性和可靠程度要靠發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)故障在線監(jiān)測系統(tǒng)也一定得到會(huì)快速發(fā)展。如果沒有發(fā)動(dòng)機(jī)故障在線監(jiān)測系統(tǒng)，將會(huì)無法發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的問題，將會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)的事故大量增加，無法保證機(jī)內(nèi)乘客的人身安全。因此，各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)單位應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究，增加對監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)的人力物力投資，加強(qiáng)對人才的培養(yǎng)，掌握發(fā)動(dòng)機(jī)核心技術(shù)，不斷提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，只有這樣才能在國際和國內(nèi)的市場競爭中立于不敗之地，保證飛機(jī)的安全飛行，保障乘客的人身安全。