摘要： 燃?xì)怃鰷u發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，該發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)從航天和艦船上的應(yīng)用向其他領(lǐng)域發(fā)展。為了提高燃?xì)怃鰷u發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性、耐久性和經(jīng)濟(jì)性，相關(guān)行業(yè)不斷加大對(duì)燃?xì)怃鰷u發(fā)動(dòng)機(jī)的研究力度，尤其是航空領(lǐng)域，對(duì)燃?xì)怃鰷u發(fā)動(dòng)機(jī)的研究力度不斷增加，大量實(shí)驗(yàn)和研究對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障進(jìn)行了有效診斷，筆者結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展前景做了相關(guān)闡述。本文從發(fā)動(dòng)機(jī)氣路診斷發(fā)展著手，對(duì)航空燃?xì)怃鰷u發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障診斷現(xiàn)狀和展望做了簡單介紹。

　　Abstract： The gas turbine engine is widely used in many fields. With the development of the economy， the application of this engine has turned to other fields from the space and ship. In order to improve the reliability， durability and economy of the gas turbine engine， the relevant industry， especially the aviation sector continuously intensify the study of it. A large number of experiments and research get effective fault diagnosis on the gas path of the engine. Combined with the experimental results， the author expounds the development prospects of the aviation gas turbine engine. This paper introduces the actuality and expectation of fault diagnosis of gas turbine engine gas path from the development of the engine gas path diagnosis.

　　關(guān)鍵詞：機(jī)械助理工程師論文, 航空,燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī),故障診斷,現(xiàn)狀,展望

　　Key words： aviation;gas turbine engine;fault diagnosis;actuality;expectation

　　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)作過程中一旦出現(xiàn)問題，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)越來越復(fù)雜，在追求高性能的同時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)長期處在高溫、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)，提高我國航天事業(yè)的整體競爭力。

　　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。

　　從表1中可以總結(jié)出，航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)診斷存在的問題主要有：第一，很多機(jī)型上未知量個(gè)數(shù)比測量參數(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，測量參數(shù)中噪音與故障造成的測量參數(shù)偏差很難進(jìn)行區(qū)分，測量信號(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)氣路故障診斷過程中存在機(jī)型上未知量個(gè)數(shù)比測量參數(shù)多的問題，為了解決這一問題，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)比測量參數(shù)多的問題，但是，在實(shí)際運(yùn)用過程中還可以有效解決測量參數(shù)大于故障種類二引起的故障問題。 　　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測量參數(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測量和辨別故障的實(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)比無故障氣路測量參數(shù)小。由于實(shí)際運(yùn)行過程中的發(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。基于人工智能解決氣路故障的方法在實(shí)際運(yùn)作過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)用過程中存在明顯的問題，如對(duì)故障的檢測和修復(fù)必須具備一定經(jīng)驗(yàn)性，為了簡化復(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，在漫長的發(fā)展過程中，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)。總之，在今后的發(fā)展過程中，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)，為我國航天事業(yè)的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

　　5 結(jié)束語

　　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)我國航天事業(yè)的發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[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.