航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷現(xiàn)狀與展望

王赟虓 WANG Yun-xiao

（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，沈陽(yáng) 110043）

（AVIC Shenyang Liming Aero-Engine（Group）Corporation Ltd.，Shenyang 110043，China）

0 引言

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)航天燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性、耐久性、壽命以及成本控制提出了更高的要求。為了滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的需求，發(fā)動(dòng)機(jī)零部件長(zhǎng)期在高溫、高負(fù)荷的狀態(tài)下工作，發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，生產(chǎn)單位對(duì)燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)工藝以及材料選擇提出了更高的要求，其成本投入也不斷增加。面對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝要求高、材料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范的發(fā)動(dòng)機(jī)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，其維修工藝便很難順利開展。目前，航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷已經(jīng)成立了獨(dú)立的技術(shù)部門，這項(xiàng)技術(shù)同時(shí)在各行各業(yè)取得了較廣泛的應(yīng)用，針對(duì)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)存在的故障，采取何種方式解決問(wèn)題，是相關(guān)行業(yè)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

1 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷的意義

航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中一旦出現(xiàn)問(wèn)題，就很難進(jìn)行有效處理。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，在追求高性能的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處在高溫、高負(fù)荷的狀態(tài)下運(yùn)作，自身因此存在較大安全隱患。隨著軍事實(shí)力的增強(qiáng)，我國(guó)軍隊(duì)裝備的新型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈種類和型號(hào)數(shù)量不斷增加，其結(jié)構(gòu)也越來(lái)越復(fù)雜，結(jié)合相待科學(xué)技術(shù)，軍用設(shè)備的自動(dòng)化水平也得到了較大程度的提高，因此導(dǎo)彈動(dòng)力系統(tǒng)的故障也不斷復(fù)雜化。受診斷知識(shí)和手段的影響，我國(guó)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障研發(fā)手段有限，因此，相關(guān)行業(yè)必須加大航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障的研究，促進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)排放以及改進(jìn)維修設(shè)計(jì)工藝的同時(shí)，提高我國(guó)航天事業(yè)的整體競(jìng)爭(zhēng)力。

2 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷現(xiàn)狀

航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路診斷的主要依據(jù)是判斷氣路參數(shù)是否具有噪音或偏置狀況，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的基本性能進(jìn)行診斷。影響氣路診斷效果的因素有很多種，其中發(fā)動(dòng)機(jī)維修思維對(duì)診斷效益的影響最明顯。表1是燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路診斷過(guò)程中的主要診斷系統(tǒng)。根據(jù)診斷系統(tǒng)的世界特點(diǎn)，通常分為整機(jī)性能衰退監(jiān)控和單元體診斷功能監(jiān)控兩大類。

表1 燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路診斷過(guò)程中的主要診斷系統(tǒng)

從表1中可以總結(jié)出，航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)診斷存在的問(wèn)題主要有：第一，很多機(jī)型上未知量個(gè)數(shù)比測(cè)量參數(shù)多；第二，故障與故障之間聯(lián)系緊密，很難對(duì)同類故障進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分；第三，測(cè)量參數(shù)中噪音與故障造成的測(cè)量參數(shù)偏差很難進(jìn)行區(qū)分，測(cè)量信號(hào)位置偏差性大；第四，發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷受環(huán)境因素影響，具有較大的變動(dòng)性。

3 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路診斷的方法

3.1 小偏差故障方程法

航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷過(guò)程中存在機(jī)型上未知量個(gè)數(shù)比測(cè)量參數(shù)多的問(wèn)題，為了解決這一問(wèn)題，通常采用增加方程個(gè)數(shù)和減少方程中故障種類兩種方法處理。其中增加方程個(gè)數(shù)的方法又分為增加測(cè)量參數(shù)和選取發(fā)動(dòng)機(jī)的多個(gè)工作狀態(tài)組成影響系數(shù)的因素兩種。在利用氣路故障診斷法解決航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障的同時(shí)，主因子模型法使用的頻率最高，該方法的主要特點(diǎn)有：第一，有效隔離故障，進(jìn)行準(zhǔn)確的定量診斷；第二，可以同時(shí)診斷多項(xiàng)故障；第三，能夠有效處理多重共線性問(wèn)題；第四，主因子模型法主要針對(duì)機(jī)型上未知量個(gè)數(shù)比測(cè)量參數(shù)多的問(wèn)題，但是，在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中還可以有效解決測(cè)量參數(shù)大于故障種類二引起的故障問(wèn)題。

3.2 基于非線性穩(wěn)態(tài)模型的診斷方法

基于非線性穩(wěn)態(tài)模型的診斷方法通過(guò)測(cè)量參數(shù)，建立發(fā)動(dòng)機(jī)性能模型，該模型具有自適應(yīng)的特點(diǎn)，以部件性能的變化來(lái)測(cè)量和辨別故障的實(shí)際位置。如何正確使用這種方法解決發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障，故障診斷人員必須對(duì)維修工藝有明確了解：首先，了解發(fā)動(dòng)機(jī)部件性能，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況引入修正因子，對(duì)擴(kuò)展的非線性方程組進(jìn)行計(jì)算，從而得到實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中部件的性能狀況。必要條件下需要添加約束條件，為了保障診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，還必須保障發(fā)動(dòng)機(jī)性能故障參數(shù)比無(wú)故障氣路測(cè)量參數(shù)小。由于實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的發(fā)動(dòng)機(jī)不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)多個(gè)部件故障，因此，采用非線性穩(wěn)態(tài)模型的診斷方法可以有效解決航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障。

3.3 基于人工智能的方法

伴隨著科技的發(fā)展，人工智能解決氣路故障已經(jīng)在各行業(yè)取得廣泛應(yīng)用?；谌斯ぶ悄芙鉀Q氣路故障的方法在實(shí)際運(yùn)作過(guò)程中主要包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)融合等方法。通常情況下，對(duì)單故障進(jìn)行分類時(shí)，會(huì)采用BP網(wǎng)、RBF網(wǎng)和概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，定量診斷以故障模式的大小進(jìn)行判定。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在明顯的問(wèn)題，如對(duì)故障的檢測(cè)和修復(fù)必須具備一定經(jīng)驗(yàn)性，為了簡(jiǎn)化復(fù)雜的維修結(jié)構(gòu)，還必須保證維修樣本與實(shí)際故障的一致性等。專家系統(tǒng)用于氣路故障維修時(shí)，必須與其他征兆信息相結(jié)合，從而確定氣路故障的位置和成因。

4 航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷展望

航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷已經(jīng)作為一個(gè)獨(dú)立的領(lǐng)域存存在，在漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程中，其理論和實(shí)踐都取得了較大的成就。面對(duì)全新的社會(huì)形態(tài)，氣路診斷在未來(lái)的發(fā)展方向?yàn)槌韵聨讉€(gè)方面發(fā)展：第一，全新的診斷方法研究；第二，具有融合性的診斷研究；第三，故障診斷具有實(shí)效性，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程操作；第四，研究數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)?？傊?，在今后的發(fā)展過(guò)程中，氣路診斷技術(shù)還會(huì)向更全面、更先進(jìn)、更綜合的方向發(fā)展，因此，相關(guān)行業(yè)必須促進(jìn)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路診斷向未來(lái)的發(fā)展方向奮進(jìn)，在保障發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行的同時(shí)，為我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，對(duì)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障進(jìn)行診斷是增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性、耐久性的重要保障。航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷的方法有多種，其主要特點(diǎn)表現(xiàn)在相似性系數(shù)具有明確的物理意義、故障構(gòu)造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及故障模式容易擴(kuò)散等方面。因此，氣路故障診斷工作人員應(yīng)該在了解航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷的意義的前提下，明確航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷現(xiàn)狀，針對(duì)問(wèn)題，采取有效措施，明確航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路診斷的方法，解決實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在的氣路故障。最后，故障診斷工作人員還應(yīng)該充分了解航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷展望，促進(jìn)我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展。

[1]李迎春，鄭光華.航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)氫燃料研究歷史和低污染燃燒技術(shù)發(fā)展[J].航空動(dòng)力學(xué)報(bào)，2012.

[2]余有鋒.航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障模擬試驗(yàn)臺(tái)及靜電監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[D].南京航空航天大學(xué)，2013.

[3]彭淑宏.航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷技術(shù)研究[D].上海交通大學(xué)，2012.

[4]沈默.基于相關(guān)向量機(jī)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷研究[D].湘潭大學(xué)，2012.

[5]古遠(yuǎn)興.航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)度設(shè)計(jì)問(wèn)題與挑戰(zhàn)[N].中國(guó)航空?qǐng)?bào)，2014.

[6]田川，曹惠玲.航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)分析[J].中國(guó)民航大學(xué)學(xué)報(bào)，2014.