航空發動機常見故障診斷技術研究

何曉飛

摘? 要： 航空發動機在運行過程中難免會發生故障，想要第一時間迅速了解故障起因，進行維修，掌握航空發動機常見的故障診斷技術是維持發動 機正常運行的重要一環。航空發動機故障診斷技術是實現航空發動機視情維修的重要一環，它是航空發動機設計、生產、使用和維護過程中的“指揮先 鋒”。本文將在航空發動機故障診斷的必要性、航空發動機的故障類型、以及航空發動機在發生故障時如何進行診斷進行深入探討。在以上幾點的基礎 上，創新航空發動機的診斷技術，展望航空發動機診斷技術在未來的使用中的重要發展前景。

關鍵詞： 航空發動機;常見故障;故障診斷;診斷技術;研究

引言

航空發動機一般都會有發動機狀態監控與故障診斷兩大售后服務機 構，這不僅保障了隨時隨地發現故障，還能快速有效地診斷故障類型。對 發動機工作運行時的各種參數實時監測，在結合各部件工作運行時的發展 趨勢作出有價值的判斷，簡單來說，就是對航空發動機發生故障時做出診 斷結論，或預報即將可能會發生的故障，來保證及時制定合理的維修技術 內容，從而有效保證飛行安全，提高經濟效益。航空發動機（以下簡稱 “發動機”）健康管理技術通常情況下都具有狀態監測以及故障處理兩個 方向研究，這不但能夠在發動機出現故障時對其及時進行發現，還能夠對 不同種類的故障類型進行及時診斷。通過對發動機在正常運轉過程中所表 現出的各方面參數采集并進行有效測評，可以在各部件開展相關工作時所 表現出的狀態進行有效判斷。

1 航空發動機故障診斷的意義

航空事業的發展不僅與我國國防戰略息息相關，一定程度上還承載著 數以萬計的乘客的安全，航空事業發展處于世界前沿，既能展現我國的綜 合國力，又能體現我國的大國重器、大國威望。航空領域中，發動機系統 是整個飛行系統的核心，只有保障了發動機系統正常的運行，才能使飛行 過程安全有保障。由此一來，航空發動機故障診斷是航空事業發展中必不 可少的環節。另外，航空發動機故障診斷技術第一時間找準發動機發生故 障的部位，并且根據實際情況判斷發動機故障的嚴重程度，這種高效率的 故障排查診斷技術極大地保證了飛行安全，同時，又有效減少了發生故障 時，所需要的人力、物力、財力的消耗，縮短了飛行系統停運時間，大大 提高飛行器的利用率。另一方面，航空發動機故障診斷技術又可以實現前 沿的飛行維修技術理念[1]?，創造先進的維修技術的基礎條件。重視航空發 動機故障診斷技術，就是掌握了飛行器安全駕駛，保證乘客人身安全的法 寶，因此，深入探索航空發動機故障診斷技術，于國于民都意義重大。

2 常見故障種類

發動機故障問題具有復雜性特點，按照不同故障種類可以歸納為性能 故障、承壓故障、附件和系統數據故障等，在經過充分調研之后得出，我 國現階段發動機故障發生成因中，性能故障大約占整體故障的27%左右， 承壓故障占據整體故障率65%左右，附件以及系統相關數據故障只占總計 故障率8%左右。而一般情況下， 發動機所采用的診斷方式是以整機振動 信號為出發點進行診斷工作，對于發動機整機振動的測試手段十分豐富， 大致上可以分成三種。第一，對渦輪等外部結構在振動過程中的相關參數 進行測量;第二，對軸承相關部位在載荷以及振動方面進行測量;第三， 對轉軸在運行時相關參數進行測量。其中，由于軸承和轉子等部件時發動 機關鍵構成部件，整體被稱為轉軸部件。由于對發動機進行診斷工作過程 中，主要是通過對轉軸部件進行測量時的具體測量結果所得出的，所以轉 軸部件發生故障，是直接導致發動機出現振動故障的關鍵成因[2]。

3 航空發動機故障診斷的技術的具體實施方法

飛機飛行前及著陸后，地勤人員在現場要及時讀取關鍵部件狀態信 息，若有故障、異常、建議，立即作出維修判斷。相關人員要依據不同種 類的機型，明確出其具體的診斷訴求，根據各種類型的機型要求，制定出 與之對應的診斷方案以及相關診斷設備。不同類型的發動機故障的診斷方 式有以下幾點。

3.1? 表層簡易診斷方法

表層簡易診斷主要針對的是較輕的發動機故障類型，是指在航空發動 機運行過程中，對發動機進行初步的診斷與判斷，有助于飛行員能夠準確

地掌握飛行器的運行狀態，在出現個別狀況時能迅速發現問題所在。建議 的診斷一般是檢測發動機當中某一個特定的零部件，檢驗其特征參數是否 正常，其飛行狀態是否正常，如果測量結果在指定的參數范圍內，則發動 機系統測定為正常運行。如果對航空發動機連續進行簡易的表層測定和定 時監測，就可以輕松地獲得發動機運營趨勢規律，以此數據可以做出相應 的故障預測，必要時還要語音預報?？傮w而言，簡易診斷方法優勢在于儀 器簡單，便于操作，對監測員的技術要求不高，只能作為一種初步檢測方 法，但更加深入的檢測方法還要取決于以下幾點。

3.2? 模型診斷

由于發動機在生產組裝以前，都會通過模型對其相關性能展開測評， 除卻在大小上存在差異之外，在整體組成、性能、部件等方面完全一致。 所以，通過運行模型的方式對發動機相關故障展開排查，可以在第一時間 發現問題所在，進而能夠及時對發動機開展維修工作。與此同時，此種診 斷方式也被稱作“概念診斷”方式。由于這種方式具有極高的準確性，并 且診斷更有層次，不但能夠對理論方面的故障進行處理，還可以對實踐操 作中遇到的問題進行有效處理，也是當前發動機診斷的主要探索方向。除 此之外，模型診斷方式的優點，是可以通過模型實際情況對發動機實際運 行時可能發生的問題以及故障進行預測?？墒瞧湓谑褂眠^程中也存在一定 缺點，其關鍵在于整個模型仿真系統所涵蓋的領域十分龐雜，具有極高的 精密性，在診斷時效上相較于表層診斷過于緩慢，要嚴格遵守診斷精度進 行工作，在實踐過程中會有一定困難。由此，發動機模型診斷的方式現在 已是國內外最具話題性的研究方向[3]。

3.3? 信號處理故障診斷方法

信號處理故障診斷法是發動機故障診斷領域應用較早的方法之一。 信號分析法重點利用了時間值、頻率值、振幅值、時頻值等切入點，進 行故障診斷分析。信號處理故障診斷法的主要類型包括波峰系數、相關 分析法、信號同步分析法、峰值熵譜法、脈絡分析法、自回歸譜分析 法、小波分析法、參數分析法等，其中，信號同步分析法是其他診斷方 法的基礎前提。

3.4? 物理化學診斷方法

物理化學診斷法，簡單來說，就是通過伴隨出現的各種物理化學現 象，直接對航空發動機進行相應的故障診斷。此種方法主要利用了物理現 象中的振電磁波、聲現象、光原理、熱學原理、射線、電學等知識，還利 用了化學現象中的各種化學反應等多種手段，觀察檢測航空發動機的運行 規律和特征。這種方法形象快速，但也是只能檢測一小部分的故障。

結束語： 近年來，發動機在故障診斷方面的相關技術正逐步完善，更 是將人工智能、信息技術、健康管理等多種學科進行整合，發展成現在這 樣具有極強實用性的交叉科目。根據相關調研報告得出，發動機故障方面 的診斷技術在當下航空領域的發展潛力，在未來發動機故障診斷技術發展 過程中，要把上述技術充分運用到具體工作之中，確保發動機具有優異的屬性，保障飛行器的安全性與可靠性，實現健康管理。

參考文獻：

[1]李慶杰.PW4000發動機振動故障研究[D].西北工業大學碩士畢業論文， 2005.

[2]胡守仁，余少波，戴葵.神經網絡導論[M].長沙：國防科技大學出版社，1993.

[3]翟紅春，王珍發.小波變換在航空發動機故障診斷的應用[J].中國民航學院 學報，2001（4）：20-23.

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