航空发动机气路故障诊断技术研究现状

　　随着航空工业的飞速发展,航空发动机的安全性与可靠性越来越引起人们的重视。因其结构复杂,又工作在高速、高温和重载的恶劣环境下,比较容易发生各种故障。发动机的状态监视与故障诊断对各型航空发动机的可靠性和运行成本等有重大影响。因此发展发动机的准确、快速的诊断方法十分必要。发动机的有些故障容易监测、诊断和预防,而有些故障不易发现和预防,尤其是那些灾难性和突发性故障更引起人们的重视。因此,如何在故障发生之前或发生早期,就能及时捕捉故障信息,并采取有效措施防止故障扩展或发生,对于消除恶性事故隐患,减少或避免一般故障发生更具有特别重要的意义。

　　航空发动机的故障类型多种多样,主要包括稳定性故障、气路故障、振动故障、磨损故障、轴承故障、熄火故障、疲劳结构故障、控制系统故障等等[1]。众多故障中,气路故障占有很大比例,当前大量航空发动机故障诊断研究工作集中在气路故障诊断。因此,本文将综述目前气路故障诊断技术研究现状,并对航空发动机故障诊断技术的未来发展趋势进行了展望。

　　1　气路故障诊断基本原理及目前面临的困难

　　任何气路诊断技术都是利用发动机的可测参数(如转速、燃油流量、压力、温度)与健康基准线进行比较。由此产生的偏差作为检测、隔离和确定部件在效率和功率上是否存在故障的依据。如果把由发动机故障引起其性能衰退、降级的过程看作正向过程,那么故障诊断就是它的反向过程。一个简明燃气涡轮发动机气路故障诊断方法原理图如图1所示。

　　如果测量参数个数比性能参数要多,采用一种简单的方法就可以获得一个相当准确的诊断结果。但是,往往出现的情况是测量参数个数小于性能参数个数,此时就需要采用信息诊断技术或者是参数估计方法。所有的气路故障诊断系统都要计算性能参数与基线条件之间的偏差,但是由于系统的高度非线性,以及噪声、偏差和测量不足导致传感器测量不确定性,在极端情况下要计算所有参数偏差将是不可行的,更不用说计算工作量了。因此,需要作一些必要假设。首先是设置各种可能的故障和性能恶化的范围,即搜索性能参数所在的搜索空间,然后提取故障或性能退化的特征,通过对故障分组以隔离故障部件。

　　当前气路故障诊断面临的困难有以下几点:(1)对于大多数发动机机型依然是测量参数个数少于未知参数个数;(2)故障之间存在很强的相关性,区分相似故障很困难;(3)测量参数中的噪声与故障造成的测量参数偏差具有相同级别,且测量信号存在偏置;(4)发动机具有很强的非线性及复杂性,且工作环境变化较大;(5)气路故障试验的成本过大[2];(6)发展适合故障诊断的发动机模型依然比较困难。