航空发动机故障诊断方法及测试流程分析

龚川森　杜小阳　周强　刘建辉

摘 要：航空发动机是飞机最重要的组成部分，是一种高度复杂和精密的热力机械，作为航空业的主要组成，素有“工业之花”的称誉。因为航空发动机是飞机的动力来源，因此在飞行过程中一旦发动机产生故障会严重影响飞机的系统运行及飞行安全。文章中通过对航空发动机故障诊断方式进行介绍，其中主要包括信号诊断和智能检测诊断。文中系统的对航空发动机故障诊断流程进行阐述，明确航空发动机故障后应该如何进行操作，以保障飞机系统的顺利运行。

关键词：航空发动机；故障诊断；测试

前言

目前我国航空发动机可以分为活塞式发动机、燃气涡轮发动机、冲压发动机等。航空发动机具有结构高度复杂、零件多的特点。因此，在日常的运行中需要对发动机进行诊断和维护。对于发动机产生故障监测需要具有专业的、系统的诊断及工作流程，才能保证航空发动机的正常运行。同时航空发动机测试设备需要在耐高温、高压、高负荷等极端环境下准确测试发动机性能。由此不难看出，航空发动机的故障诊断及测试流程的重要性。

1 航空发动机故障诊断方法

1.1 信号诊断方法

信号诊断是航空发动机故障诊断的主要方式，主要是建立I/O信号模型，通过信号幅度，信号频率等对航空发动机进行故障诊断。在航空发动机信号故障诊断中可以PCA分析法对故障进行分析[1]。PCA信号诊断方法主要是通过将实际信号与标准信号进行对比诊断，通过与参照信号数据之间的对比差异来显示当前航空发动机中是否存在问题。具体分析方法为：首先，建立正常航空发动机状态下的PCA数据模型[2]。其次，当航空发动机产生故障时信号与数据模型对比产生异常，在将航空发动机故障信息通过数据总线传出。最后，通过PCA数据分析，分析航空发动机产生故障的部位。信号诊断中还可以采用小波变换诊断方式对故障进行诊断。小波变换诊断方式主要是通过信号波动进行诊断，将产生非稳定状态下的小波动转换为数据信号，在通过输入变换端中的异常部位检查波段中异常点的位置，从而对故障点进行诊断。此外，在信号诊断中还可以采用δ算子分析法对航空发动机故障进行诊断[3]。此方法主要是利用δ

算子在特定的空间内构造出的最小投影向量集的方式进行诊断，其中特定空间主要是指Hibert空间。通过将完整的格形的滤波器，将误差向量与首位元素之间进行残差的比较。同时应用降噪技术的配合来实现故障噪音敏感检测，从而诊断航空發动机故障发生点。

1.2 智能检测方法

智能检测方式主要是依靠当前智能操作系统对航空发动机故障进行诊断，其主要优点在于使用人工智能可以更加准确的对故障部位进行确定，提高诊断精确度。智能检测方式主要依据以下三种方法进行故障诊断：第一，模糊伦理智能分析法。模糊伦理智能分析法主要是通过在特定的环境下，进行精度确定，从而给出的一种非线性函数诊断。通过事先对故障征兆和故障类型等进行模型的建立，将故障征兆与故障类型之间的原因与现实的结果进行关系建立，通过二者之间的模糊关系建立一种非线性函数关系。根据航空发动机领域中的相关特点和常识特点进行人工智能问题推导，最终诊断出故障的来源及故障原因。第二，神经网络诊断。神经网络诊断主要是指一种基于网络神经的智能化诊断技术。一般采用计算机能力较高的测试系统对故障进行排查，通过计算机中高速的数据演算功能将航空发动机中可能或存在的问题进行分析，最终将故障进行总结。由于是利用智能化人工神经网络进行诊断，因此被称之为神经网络诊断。第三，粗糙集模型诊断。粗糙集模型诊断主要使用数学计算手段进行演算和诊断。由于此种诊断方式不需要事先对航空发动机故障经验进行模型建立，因此被称之为粗糙模糊诊断。此种诊断方式主要是通过RS理论进行的一种简化故障维度系数的诊断方式。通过将航空发动机故障诊断进行最小范围内的缩进，最终进行诊断的一种程序。

2 航空发动机故障测试流程

航空发动机的故障测试的具体流程为：首先，确定该种航空发动机的型号及总体诊断方案；其次，对其进行测试诊断，其中包括使用维护要求分析和保障性分析两种方式，分别从以上两种诊断中进行测试，最终确定测试方法和测试设备。根据发动机FMECA分析将发动机故障数据进行分类。将以上两种诊断的结果与航空发动机故障诊断方法分析相结合，从而进行综合性分析，最终却定发动机故障诊断方法及测试流程。

根据航空发动机故障测试流程进行分析发现，航空发动机的故障主要存在以下三种类型：第一类，功能失效及性能衰退故障。此类故障主要是由于发动机转速、摆动、喘振、温度产生故障。因此，在检测中可以根据实时监控和系统采集的信息进行分析。通过航空发动机的总温度、转子速度和燃油量等进行最终确定，将故障方位进行隔离，从而进行维护。第二类，航空发动机内部检测与地面内部检测系统故障。此类航空发动机的故障主要是由于发动机内部风扇部位的转子叶片产生裂痕、风扇部件转子叶片叶身掉落及高压气机转子叶片裂痕等。在对此类故障进行分析的过程中发现由于内部发动机内部结构损伤导致无法完成自动检测，需要进行人工检测。根据航空发动机故障测试流程，最终确定检测方式为，使用孔探仪对故障部位进行检测，或者使用超声波检测和磁力探伤检测等方式对发动机特定的机构内部进行检测[4]。第三类，航空发动机无法进行内部检测和地面检测。产生此种故障的主要原因为发动机内部的中央传动机构受损。可能由于腐蚀、磨损等原因，从而造成发动机无法进行自动检测。根据航空发动机故障测试流程，最终确定检测方式为，使用分解设备、探伤设备和装配设备对发动机进行分解，更换部分零件，重新进行组装。

3 航空发动机测试系统设计要求

在对航空发动机故障诊断及测试系统进行设计中应该注意以下几点设计要求：第一，对于自测系统中的数据集设备应固定在一个具体的单元模版中，从而方便进行检测；第二，对于测试点的设定，应该使用或建立更加快捷、方便的测试工具和测试设备，从而方便发动机内外部的联系，便于智能检测和人工检测；第三，设定具体的数据库和自动测定原件或电子控制系统等。通过电子设备和电子程序的设定，定期对航空发动机内部进行诊断，及时进行故障检测、故障隔离、故障警报等，提高发动机的运行效率。第四，对发动机涡轮系统、数控系统等进行数据参数的设定及调整，从而进一步完善航空发动机测试系统。

4 结束语

由于航空发动机的复杂性，在对航空发动机故障进行检测和诊断中需要更精准的检测率。因此，在进行航空发动机故障诊断方法和测试流程设定的过程中需做到精益求精，不断优化航空发动机的测试方法与流程，以提升发动机测试准确率，在飞机科研与生产过程中极为关键。

参考文献

[1]郝腾飞，陈果，廖仲坤，等.基于正则化多核判别分析的航空发动机滚动轴承早期故障融合诊断方法[J].航空动力学报，2013，12（1）：2759-2770.

[2]于宗艳，韩连涛，孟娇茹.基于人工神经网络的航空发动机故障诊断方法[J].现代电子技术，2013，2（5）：65-67.

[3]刘文兴，刘海年，刘慧娟.航空发动机成品研制中的可靠性强化试验技术的应用[J].航空维修与工程，2013，3（6）：40-43.

[4]李业波，李秋红，黄向华，等.航空发动机气路部件故障融合诊断方法研究[J].航空学报，2014，6（7）：1612-1622.