自动检测技术在航空发动机方面的应用

吕 伟

（中航工业西安航空计算技术研究所西安,陕西西安,710065）

自动检测技术在航空发动机方面的应用

吕 伟

（中航工业西安航空计算技术研究所西安,陕西西安,710065）

本文主要介绍了自动检测技术在航空发动机方面的应用，以及国内外所涌现的最新理论和最新技术。自动检测技术是现在各种行业所必需，应用于军事、工业等过程控制的信号测量等方面，是高科技军事现代工业实现全面自动化的重要基础，航空发动机故障诊断技术是实现航空发动机视情维修的重要一环，在航空发动机的设计、生产、使用和维护中起着非常重要的指导作用。

自动检测技术；航空发动机；状态监控；故障诊断

0 引言

自动检测技术的基本任务是获得有用的信息，检测流程主要借助测试仪器、测试系统，通过对测试点增加传感器，从而取得有用的信号来求解系统中问题。检测技术属于信息科学，是信息技术的支柱。在航空发动机中，自动检测技术主要应用在状态监控和故障诊断方面。

1 自动检测技术在航空发动机状态监控方面的应用

现代航空发动机采用先进的全权限数字电子控制系统，系统采用分段控制的，以控制发动机不同的工作状态，比如起动控制器主要控制发动机的起动过程，转速控制器主要使发动机转速保持在油门杆所对应的转速范围内，这就需要扭矩传感器为其提供信号；加力控制器控制发动机的加力接通和加力状态，气压高度调节器根据飞行高度的变化修正供油量来保证发动机不富油。这些控制也都需要传感器为其提供信号与信息，各传感器接替工作，协同工作。

图1 发动机

2 自动检测技术在发动机故障诊断方面的应用

2.1 基于信号处理的自动检测方法

基于信号处理的自动检测方法主要在故障诊断中使用小波变换分析技术，主要体现在：运用小波变换进行信号分析来诊断故障，包括脉冲响应函数的小波变换检测信号的突变、利用观测信号的小波变换进行故障诊断、利用脉冲响应函数的小波变换进行故障诊断、利用小波变换去噪，提取故障特征和利用小波变换分析噪声特征进行故障诊断；利用小波变换提取故障特征进行故障的分类和识别；利用小波网络进行故障诊断。

2.2 基于模型自动检测方法

模型就是把表征航空发动机实际系统本质的部分的信息压缩成有用的描述形式，模型可以模拟实际系统的行为而不用描述其机械结构。航空发动机数学模型应用广泛，它是控制、故障诊断和预测的基础。主要包括部件法模型和试验模型。

2.2.1 部件法模型在航空发动机故障诊断中的应用

基于部件法的发动机数学建模是较为常用的一种建模方法。建立发动机非线性数学模型的基本思路是：由已知的发动机各部件的特性，从发动机进口到尾喷管，根据气动热力学原理逐一建立气体流动过程与热力过程方程；根据发动机流量平衡、压力平衡和功率平衡等平衡关系，获得发动机共同工作联立方程组，通过联合求解这一非线性动、静态平衡方程组，进而获得发动机的各相关截面、各工作状态的相关参数量值，部件法模型精度高，可用于航空发动机在线诊断和故障征兆的预测，用于预报发动机控制系统的各个变量。

图2 发动机模型

2.2.2 试验法的航空发动机模型在故障诊断中的应用

试验法是基于发动机试验数据进行处理，获取它的特性，从而得到数学模型的方法。该方法不必深入理解发动机的机理，但却必须拟定合理的试验以获取试车数据。通过大量的试验数据及系统辨识方法获取模型的技术，得到模型性再通过类比迭代试车曲线使之完全拟合。系统辨识的方法可分为经典类和和现代两大类。经典辨识方法包括时域法、频域响应法。现代辨识方法包括最小二乘法、极大似然法、随机逼近法、相关辨识法。

2.2.3 发动机故障诊断专家系统在航空发动机自动检测方法

故障诊断专家系统在航空发动机故障诊断方面已取得了不少的成果，如叶片故障诊断专家系统、磨损故障诊断专家系统。所谓专家系统其实就是一个维护设备，该设备包括知识库、数据库、推理机、解释系统和数据融合系统。

3 检测技术在航空发动机方面的创新

3.1 航空发动机性能自动测试技术实现

这种技术应用了模糊处理技术、人工智能、图形图像处理技术和抗干扰技术。自动测试技术为适应现代航空发动机性能测试要求，改进目前航空发动机性能测试现状，对应用模糊集合理论实现发动机状态模糊识别是这种技术的重点，实践证实该测试方法状态识别率高、用人少、精度高,提高了一线部队机务保障能力。

3.2 先进内窥技术与发动机故障检测

内窥技术多年来一直在航空发动机的维护中发挥着重要的作用，不管是高涵道涡轮风扇发动机还是低涵道的军用涡扇，其主要组成均为风扇、压气机、燃烧室、涡轮及附件系统。航空发动机工作在高温、高压和高转速的状态下，因此其故障多发部位也多集中在这三高状态下的高压压气机、燃烧室和高压涡轮中。发动机的关键部件如主气流通道部件、高压压气机、高、低压涡轮的各级轮盘及叶片、燃油喷嘴、燃烧室等都是不易拆卸且检验可达性较差的零部件，对这些零部件的检查与监测工作都是通过内窥技术完成的，

未来的内窥技术主要体现在先进的软硬件综合和集成技术。以及基于物联网的网络技术中。因此，内窥技术一直在航空发动机的维护中发挥着重要的作用。

4 结论

自动检测技术的核心内容是信号的检测，也就是传感器的应用，而传感器是“能够感受规定的被侧量并按一定的规律转换成可用输出信号的期间或者装置”，起着过程检测信息与转换信息的重要作用，航空发动机方面更是应用甚广，从油量的检测到力矩检测，再到转速，再到温度，压力，位移等等，都需要传感器为控制提供相应的信号。所以在航空控制方面传感器的故障诊断尤为重要。在故障诊断方面，自动检测技术也发挥着理论上的支持。

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Application of Automatic Detection Technology in Aero-engine

Lv Wei
（AVIC XIAN Aero Computing Technology Institute，Xi'an Shanxi, 710065）

This paper mainly introduces the application of automatic detection technology in the aviation engine, as well as the latest theories and latest technologies emerging at home and abroad. Automatic detection technology is now required for various industries, such as signal measurement used in military, industrial process control, the realization of aeroengine maintenance is an important part in the design, the production of aero engines, and use a very important guiding role in the maintenance.

Automatic Detection Technology; Aero-engine; Fault Diagnosis.

TP

A

吕伟（1983-）, 男, 陕西蒲城人，工程师，研究方向：航空发动机控制。