基于故障樹的航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)研究

周克家 鄧志奇 呂劍寶

摘要：航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)一旦發(fā)生故障，會(huì)直接影響飛機(jī)的安全高效運(yùn)行，甚至嚴(yán)重的可能引起飛行事故，因此，診斷和排除發(fā)動(dòng)機(jī)的安全隱患，對于飛機(jī)的安全使用有著重大意義。本文在對航空發(fā)動(dòng)機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及功能原理上進(jìn)行分析，把發(fā)動(dòng)機(jī)分為七個(gè)子系統(tǒng)分別是：本體、點(diǎn)火系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、操作系統(tǒng)。通過對各個(gè)系統(tǒng)的故障原因進(jìn)行分析，建立相應(yīng)的故障樹，能夠更加直觀的體現(xiàn)出現(xiàn)原因的故障模式。

關(guān)鍵詞：故障樹分析法;航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī);故障診斷專家系統(tǒng)

引言：我國航空事業(yè)的不斷發(fā)展，大部分飛機(jī)都使用航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置。隨著我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步快速發(fā)展，低空空域也將逐步開放，使我國在航空領(lǐng)域的活動(dòng)進(jìn)一步增多，航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力裝置飛機(jī)也將逐步增多。這就使得對航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的故障發(fā)現(xiàn)和及時(shí)檢修的工作極為重要。但是，由于航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件繁多、工作條件相對惡劣使用中不可避免的會(huì)遇到各種故障和不穩(wěn)定工作，如果這些故障不能被及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和解決，將會(huì)影響飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，更為嚴(yán)重的會(huì)影響飛行的安全，另一方面，國家培養(yǎng)飛行員極為耗費(fèi)金錢和精力的工作，如果因機(jī)械故障導(dǎo)致人員的生命受到威脅，也將給我國的經(jīng)濟(jì)帶來重大影響。

因此，針對航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的故障診斷和排除，是維修人員必須要做到的，本文將運(yùn)用故障樹分析法，對航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的故障進(jìn)行研究，從而為航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的預(yù)防性維修和可靠性維修打下基礎(chǔ)。

一、故障樹分析概述

故障樹分析起源于60年代，適用于大型復(fù)雜的系統(tǒng)的可靠性、安全性分析、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的一種方法。

故障樹分析法中，對于故障或不正常狀態(tài)稱為故障事件，對于正常狀態(tài)稱為成功事件，這兩件種情況簡稱為事件。故障眾所關(guān)心的結(jié)果，事件成為頂事件，是故障樹分析的目標(biāo)，青島至其他事件發(fā)生的原因成為底事件，頂事件和底事件中間的事件成為中間事件，通過各種事件的代表符號(hào)和描述事件邏輯因果關(guān)系的邏輯門符號(hào)組成倒立樹狀的邏輯因果關(guān)系為故障樹，通過使用故障樹為工具，對系統(tǒng)失效分析的方法稱為故障樹分析法，故障樹非法也是一種圖形演演繹法，把系統(tǒng)故障和故障的各種因素繪制成故障圖表，可以直觀的反應(yīng)設(shè)備的原部件、故障、系統(tǒng)之間的關(guān)系，只也能定量計(jì)算故障的程度概率及原因。

二、故障樹的應(yīng)用

可以對設(shè)備系統(tǒng)的可靠性分析，可做定性分析與定量分析：系統(tǒng)的事故分析及安全分析：嗯，故障數(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，可以為系統(tǒng)判斷潛在的故障：在系統(tǒng)使用階段，做故障診斷，預(yù)測系統(tǒng)故障時(shí)，最可能造成的故障發(fā)生原因，并用來制定檢修計(jì)劃。

1.從活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的基本組成

航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)主要包括：氣缸、活塞、連桿曲軸、氣門機(jī)構(gòu)、機(jī)匣等。

氣缸是進(jìn)行混合氣燃燒，將燃燒后的熱能變?yōu)闄C(jī)械功的地方。公用的氣缸要求是非常嚴(yán)格的，都是要求采用質(zhì)量輕，強(qiáng)度大的金屬制作而成，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸都是多氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的種類，功率大小而不同。

2.活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了氣體能量與曲軸機(jī)械功的相互轉(zhuǎn)換，活塞的制作材質(zhì)是鋁合金，活塞的內(nèi)部都是空心，裝有活塞俏，我在外部有圓周槽，里面有彈性漲圈，其余氣缸拋光表面緊密貼合，防止燃?xì)饴┤霗C(jī)匣和滑油漏進(jìn)汽缸，起到密封和潤滑的作用。

3.橫崗是用來連接，活塞與曲軸的，可以傳遞機(jī)械功，是主要受力部件由高強(qiáng)度的合金鋼制成。

4.都是通過活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍S旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用來帶動(dòng)螺旋槳和其他附件，曲軸也是由高強(qiáng)度鋁合金制作而成。

三、航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的工作系統(tǒng)

1.燃油系統(tǒng)：燃油系統(tǒng)是可以連續(xù)供給發(fā)動(dòng)機(jī)適量燃油，并將燃油進(jìn)行霧化，使其與空氣充分混合，保證充分燃燒。

2.點(diǎn)火系統(tǒng)：系統(tǒng)可以產(chǎn)生電火花點(diǎn)燃?xì)飧變?nèi)的混合氣體。

3.潤滑系統(tǒng)：不斷的將潤滑油輸送到各個(gè)部件的摩擦表面，減少摩擦阻力，減輕部件摩擦損耗，并帶走摩擦產(chǎn)生的熱量。

4.冷卻系統(tǒng)：氣缸的部分熱量散發(fā)到大氣中去，從而保證氣缸溫度的正常。

5.起動(dòng)系統(tǒng)：外部動(dòng)力把曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來，使發(fā)動(dòng)機(jī)有靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)入工作狀態(tài)。

四、航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的常見故障

航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的常見故障有很多種，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響故障的原因也是多種多樣的，例如發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)鼓掌，發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)功率損失馬力不足，單詞電機(jī)工作時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)過多，發(fā)動(dòng)機(jī)滑油溫度過高等。通過我們不斷地對其研究，建立故障樹從而減少維修排骨事件，準(zhǔn)確判斷故障提高飛機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

1.建立故障數(shù)據(jù)的采集與數(shù)據(jù)庫的建立

想要建立航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)故障樹，要先完成數(shù)據(jù)的采集與數(shù)據(jù)庫的建立，這需要維修人員不斷地收集記錄飛機(jī)的故障記錄與排故記錄，廣泛收集同行業(yè)的排故記錄，收集資料、整理資料建立自己的數(shù)據(jù)庫。

2.活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的故障樹的建立

通過對收集資料的整理，建立的數(shù)據(jù)庫，我們可以了解航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)故障的一系列因素，根據(jù)故障數(shù)的建立的原則和引發(fā)故障的因素，我們可以設(shè)計(jì)出整個(gè)系統(tǒng)的故障樹。例如磁電機(jī)工作時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)過多的故障樹，可以分析出，由兩個(gè)原因引起故障，一是燃油系統(tǒng)故障，二是點(diǎn)火系統(tǒng)故障。經(jīng)過故障樹分析，此項(xiàng)故障都是由于部件故障后引起發(fā)動(dòng)機(jī)過富油燃燒所致和動(dòng)機(jī)調(diào)轉(zhuǎn)仲系調(diào)整不當(dāng)造成。

3.航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)功率不足故障樹

在航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的使用過程中，使用者和操作員會(huì)忽略引起發(fā)動(dòng)機(jī)損失的隱形因素，對于這些因素認(rèn)識(shí)不夠，如果是單一因素，有很小幾率引起飛行事故或不安全事件，但是如果把這些單一的因素混合到一起，同時(shí)作用就會(huì)出現(xiàn)飛機(jī)事故，例如飛行員在起飛時(shí)未關(guān)閉汽化器加溫，使發(fā)動(dòng)機(jī)一直處于加溫狀態(tài)，如果機(jī)場在標(biāo)高，在海平面高度，一般不會(huì)產(chǎn)生問題，但如果海平面升高到1500到2千米，高海拔，就會(huì)給發(fā)動(dòng)機(jī)帶來功率不足等現(xiàn)象，而這時(shí)，打開氣化器加溫，發(fā)動(dòng)機(jī)過富油狀態(tài)，是發(fā)動(dòng)機(jī)功率被嚴(yán)重消耗，對于小型飛機(jī)場來說可能引起飛機(jī)滑出跑道，造成安全事故。

4.航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障樹的定性分析

為了能夠更好的判斷發(fā)動(dòng)機(jī)故障，并在最短的時(shí)間內(nèi)排除故障，我們盡可能的采取簡便有效的方法對發(fā)動(dòng)機(jī)故障數(shù)進(jìn)行分析，通過總結(jié)，把故障以代碼的形式，故障樹中體現(xiàn)，可以讓維修人員使用者清晰的分辨出引起故障的原因，與解決故障的方法。

五、故障診斷專家系統(tǒng)的建立

數(shù)分析法可以有效地實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)故障的診斷，下面就基于故障樹分析法，航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的專家系統(tǒng)中，各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行說明。

1.知識(shí)模型的選用

為了方便診斷的動(dòng)態(tài)查詢和簡化知識(shí)庫管理操作，將專家知識(shí)用三個(gè)相關(guān)聯(lián)的知識(shí)表示，一方面建立E-R模型。

2.關(guān)系模型

通過E-R模型，我們能夠更好使數(shù)據(jù)庫每個(gè)實(shí)體機(jī)都可由唯一的表與之對應(yīng)，關(guān)系數(shù)據(jù)是表的集合，通過表的集合來表示知識(shí)與知識(shí)間的聯(lián)系，可以更好地表明屬性和屬性之間的關(guān)系，

3.知識(shí)表示

知識(shí)與知識(shí)之間既有相同屬性又有不同屬性，在進(jìn)行知識(shí)表示時(shí)，我們應(yīng)才用了產(chǎn)生式規(guī)則和框架結(jié)合的多知識(shí)表示方法來診斷知識(shí)表示。

4.診斷解釋功能的實(shí)現(xiàn)

通過實(shí)現(xiàn)結(jié)論如何得出的這些問題，是專家系統(tǒng)區(qū)別于一般程序的重要特征，它會(huì)根據(jù)用戶所提出的問題，把相應(yīng)的解答，通過輸出端口給客戶。

通過使用專家系統(tǒng)，可以更好的為客戶解答事故，樹中出現(xiàn)的故障，是客戶能夠更加理解故障書中出現(xiàn)的故障原因，以解決辦法。

結(jié)束語：

終上所述，故障樹分析法航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)可以在航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)即將發(fā)生或發(fā)生故障時(shí)提供技術(shù)支持減少或盡快排除發(fā)動(dòng)機(jī)的事故，從而提高我國航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的安全性。

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