导图社区 航空发动机故障诊断
航空发动机故障诊断，故障诊断是一种了解和掌握机器在运行过程中的状态，确定其整体或局部正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。
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数据结构
航空发动机故障诊断
绪论
故障诊断学
研究意义
1.对安全生产和环境保护的重大作用 2对提高生产效率和效益的重大作用 3.对提升设备现代化管理的重大作用 4.对提升产品质量和精度的重大作用 对预防恶性事故具有重要意义 对提高经济效益具有重要意义
定义
故障诊断是一种了解和掌握机器在运行过程中的状态，确定其整体或局部正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。
主要诊断技术方式：油液监测、振动监测、噪声监测、性能趋势分析、无损探伤
故障诊断学航空发动机故障诊断
发动机故障
发动机机械零件或构件的损坏
发动机系统或设备丧失规定的功能
发动机实际功能的衰退超过规定值
发动机故障的分类
发动机故障诊断任务
故障监测：通过对发动机关键参数的监测，依据参数是否超标，回答发动机是否出现故障
故障隔离：在发现发动机的监测参数超标的情况下，对监测的参数进行分析和诊断，以达到故障定位、定性和定因的目的
故障辨识：系统在检测出故障之后，通过分析原因，判断出系统故障的类型，指出故障的严重程度
故障诊断的现状、不足、方向
现状
1、信号获取与传感器技术 2、故障机理与征兆联系 3、信号处理与诊断方法 4、识别分类与智能决策
问题
1、故障机理研究不足 2、故障诊断方法有限 3、智能诊断系统薄弱
方向
1、由表象研究到机理研究 2、由定性研究到定量研究 3、由单故障研究到群故障研究 4、由超强故障研究到微弱故障研究 5、由零部件故障研究到机械系统故障研究 6、由特征频率故障识别到多源信息智能诊断
发动机状态方程与求解
状态分类
正常状态
异常状态
故障状态
①引起发动机立即丧失其功能的破坏性事件； ②与降低发动机性能相关联的事件； ③由于环境条件恶化或人为因素使发动机偏离正常状态的事件。
状态量（状态参数）
能够表征并区分发动机技术状况的各种连续或离散的可测参数
简单状态量：发动机的高低压转子转速（n1、n2），排气温度(EGT)和燃油流量（FF)
特征量
特征量是指在状态诊断中需要分析的发动机的部件特性参数或几何参数，如压气机 （风扇）效率、压气机（风扇）可调整流叶片角度和涡轮导向器面积等。在这里特 征量通常是不可测量的（针对限定的研究对象），也就是未知数。而特征量的确定 意味着发动机部件特征的确定
信息传递方式
直接传递
由发动机性能参数的变化直接判断发动机的物理故障，称为直接方案。这是基于经验故障方程的状态诊断的基本原理。
① 写出原始数学模型，确认出全部状态量，并且原则上应当 给出每一个状态量的特性方程。 ② 引入故障因子，建立发动机的当量故障模型或简称为故障 模型。 ③ 为求解所得到的故障模型，必须从数学模型的变量中选定 测量参数（征兆量）。
经验故障方程法与小偏差故障方程的根本区别在于
经验故障方程的特点
• ①从发动机状态诊断的信息传递方案上说，经验故障方程与小偏差故障方程的区别在于，前者属于直接传递方案（不经过发动机部件性能参数），而后者属于间接传递方案（经过发动机附件性能参数的中间环节）。 • ②从建立故障方程所依据的原始信息的来源上说，经验故障方程与小偏差方程的区别在于，后者所依据的是发动机部件匹配的理论关系式，而前者所依据的是发动机故障信息的经验数据。 • ③经验故障方程与利用单因子试验方法建立的故障方程的区别主要在于，所利用的经验数据是发动机的故障样本，而不是专门进行的发动机单因子故障模拟试验的结果。
故障方程的求解
求解方法：最小二乘法、有约束的最小二乘法
合理解的选择：故障相关性准则、最小故障准则、物理合理准则
间接传递
根据发动机可测参数的变化确定发动机的部件性能，再根据发动机的部件性能最终达到故障定位，称为间接方案。这是基于小偏差故障方程的状态诊断的基本原理。
发动机故障诊断的信息传递
发动机振动诊断
方法
1 最常规易用 2 使用时间长，理论成熟，技术简便易行 3 状态监控的主要技术手段
目的
1） 对发动机振动故障本身的原因进行诊断 2） 利用振动诊断方法对发动机的其他子系统进行诊断
航空发动机的主要激振源：转子
转子的系统分类
刚性转子系统——工作转速在（一阶）临界以下的转 子系统。目前大多数低速（工作频率<100Hz）机械均 属于刚性转子系统。 柔性转子系统——工作转速在（一阶）临界以上的转 子系统。例如一些大型高速（工作频率>100Hz）旋转 机械均属于柔性转子系统。
齿轮故障
常见形式：齿面磨损、齿面胶合和擦伤、齿面接触疲劳、弯曲疲劳与断齿
故障原因：1 制造误差 2 装配不良 3 润滑不良 4 超载 5 操作失误
滚动轴承的故障
主要形式：疲劳剥落、磨损、塑性变形、锈蚀、保持架损坏、胶合
航空发动机常用的诊断方法
趋势图分析方法
趋势图分析的基本做法是： • 在规定的飞行状态下，由人工或自动采集装置记录发动机的监视参数 值，与发动机的基线值进行比较求出偏差，然后将这些偏差量绘制成 随时间变化的趋势图。 • 趋势分析还包括：趋势的变化率和突跃检查、各种经验值的 检查，同一架飞机上各台发动机趋势对比和分析等。
趋势图的绘制
数据采集 1、稳定巡航状态 2、引气量 3、稳定的气流和温度 记录数据种类、数据的精度和重复性
不足：①数据采集的要求较高，不但需要稳定的飞行状态，而且要求每台发动机 的测量条件也必须稳定。如果更换了测量系统，甚至将发动机更换到不同 的飞机上或同一架飞机的不同位置，均可能引起趋向曲线的异常。 ②多数情况下只能发现发动机的异常，无法确定故障原因。 ③对发动机的许多故障不够灵敏。
指印图诊断方法
基本原理
是根据以往大量的故障现象以及发生故障时发动机性能参数的变化，总结出有规律的典型的故障样板，将具体发动机的性能参数变化情况与故障样板相对照，来判定该发动机的状态，再利用其他手段进行故障隔离和定位。
具体步骤：首先需要通过对发动机的状态监视录取发动机的性能参数数据，再通过 趋势分析技术分析发动机性能变化趋势；故障样本是在对以往发动机故障诊断的经 验总结和大量故障数据（故障样本）统计分析的基础上建立起来的；
滑油油样分析及故障诊断
滑油油样分析技术又称为设备磨损工况监测技术。 • 它是利用人工、仪器等手段判别滑油油样的成分构成、油品品质等油液信息 ，进而对设备的当前工作状况以及未来工作状况作出判断，为设备的正确维 护提供有效的依据，是对设备进行预防性维修的一门工程技术。
通常意义上的油液信息主要包括三个方面： ①油液本身的物理和化学性质的变化情况； ②油液中设备磨损颗粒的分布情况； ③油液中外侵物质的构成以及分布情况
进行滑油油样分析的目的主要包括： • 第一，测定油品的品质，从而决定油液是否可以继续使用； • 第二，鉴定及判别不同种类油品的品质，判断油液的优劣； • 第三，通过油液中磨损产物的种类、分布、尺寸大小、形状等 信息判断设备的运行状况，发现可能存在的问题； • 第四，通过油液分析数据的处理，预测滑油系统潜在的故障
滑油的监控参数：（1）滑油压力（2）滑油温度（3）油滤旁路指示（4）滑油消耗量
滑油理化分析
进行滑油理化分析的目的： 一是随机监控滑油理化指标的变化情况，确定最经济有效的换油周期，减少磨损 故障的发生； 二是根据监控结果，对滑油的衰变特性、衰变规律和衰变机理进行进一步分析， 从而提高滑油使用的科学性、有效性。
滑油理化分析的指标： 粘度 酸值 碱值 闪点 水分 机械杂质 抗氧化安定性
滑油铁谱分析
滑油光谱分析法是利用滑油中各种元素的原子发射光谱或吸收光谱的不同，来分析 滑油中磨粒的化学成分和含量，判断机件磨损的部位和磨损严重程度，确定相应零 件的磨损状态，进而对设备故障进行诊断。
磁性屑末探测器的工作原理为： • 当具有一定油压的滑油携带着磨损颗粒由切向进油口进入探测器上部的回旋式贮油 器时，由于贮油器呈倒圆锥形，能使滑油与其中的残渣分离，被分离的残渣在贮油 器底部沉淀，并通过底部的小孔进入探测器内，随即附着在磁性探头的端面上。 • 当探头上附着的残渣达到一定数量时，由于磁通量的改变而使控制电路动作，依靠 探头上马轮槽的作用，使探头从探测器主体上旋出并报警。此时，探测器内的自封 阀在弹簧的作用下将贮油器底部的小孔封闭，以免滑油从贮油器中泄露出来。
采用装有报警功能的磁性屑末探测器，是确定发动机和直升机传动机构的轴承、齿 轮及其他零件初期损坏的最有效手段。
故障树分析方法
磁塞与磁性屑末检测器的主要缺点是只能用于检测铁磁性材料的磨粒。
