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《航空電子技術(shù)》2016年第4期

摘要：本文主要介紹了自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)方面的應(yīng)用，以及國(guó)內(nèi)外所涌現(xiàn)的最新理論和最新技術(shù)。自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)是現(xiàn)在各種行業(yè)所必需，應(yīng)用于軍事、工業(yè)等過(guò)程控制的信號(hào)測(cè)量等方面，是高科技軍事現(xiàn)代工業(yè)實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化的重要基礎(chǔ)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷技術(shù)是實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)視情維修的重要一環(huán)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用和維護(hù)中起著非常重要的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)；航空發(fā)動(dòng)機(jī)；狀態(tài)監(jiān)控；故障診斷

0引言

自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的基本任務(wù)是獲得有用的信息，檢測(cè)流程主要借助測(cè)試儀器、測(cè)試系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)測(cè)試點(diǎn)增加傳感器，從而取得有用的信號(hào)來(lái)求解系統(tǒng)中問(wèn)題。檢測(cè)技術(shù)屬于信息科學(xué)，是信息技術(shù)的支柱。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)主要應(yīng)用在狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷方面。

1自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控方面的應(yīng)用

現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用先進(jìn)的全權(quán)限數(shù)字電子控制系統(tǒng)，系統(tǒng)采用分段控制的，以控制發(fā)動(dòng)機(jī)不同的工作狀態(tài)，比如起動(dòng)控制器主要控制發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過(guò)程，轉(zhuǎn)速控制器主要使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速保持在油門(mén)桿所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，這就需要扭矩傳感器為其提供信號(hào)；加力控制器控制發(fā)動(dòng)機(jī)的加力接通和加力狀態(tài)，氣壓高度調(diào)節(jié)器根據(jù)飛行高度的變化修正供油量來(lái)保證發(fā)動(dòng)機(jī)不富油。這些控制也都需要傳感器為其提供信號(hào)與信息，各傳感器接替工作，協(xié)同工作。

2自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷方面的應(yīng)用

2.1基于信號(hào)處理的自動(dòng)檢測(cè)方法

基于信號(hào)處理的自動(dòng)檢測(cè)方法主要在故障診斷中使用小波變換分析技術(shù)，主要體現(xiàn)在：運(yùn)用小波變換進(jìn)行信號(hào)分析來(lái)診斷故障，包括脈沖響應(yīng)函數(shù)的小波變換檢測(cè)信號(hào)的突變、利用觀測(cè)信號(hào)的小波變換進(jìn)行故障診斷、利用脈沖響應(yīng)函數(shù)的小波變換進(jìn)行故障診斷、利用小波變換去噪，提取故障特征和利用小波變換分析噪聲特征進(jìn)行故障診斷；利用小波變換提取故障特征進(jìn)行故障的分類和識(shí)別；利用小波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷。

2.2基于模型自動(dòng)檢測(cè)方法

模型就是把表征航空發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際系統(tǒng)本質(zhì)的部分的信息壓縮成有用的描述形式，模型可以模擬實(shí)際系統(tǒng)的行為而不用描述其機(jī)械結(jié)構(gòu)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型應(yīng)用廣泛，它是控制、故障診斷和預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。主要包括部件法模型和試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?/p>

2.2.1部件法模型在航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷中的應(yīng)用

基于部件法的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)建模是較為常用的一種建模方法。建立發(fā)動(dòng)機(jī)非線性數(shù)學(xué)模型的基本思路是：由已知的發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的特性，從發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口到尾噴管，根據(jù)氣動(dòng)熱力學(xué)原理逐一建立氣體流動(dòng)過(guò)程與熱力過(guò)程方程；根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)流量平衡、壓力平衡和功率平衡等平衡關(guān)系，獲得發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作聯(lián)立方程組，通過(guò)聯(lián)合求解這一非線性動(dòng)、靜態(tài)平衡方程組，進(jìn)而獲得發(fā)動(dòng)機(jī)的各相關(guān)截面、各工作狀態(tài)的相關(guān)參數(shù)量值，部件法模型精度高，可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)在線診斷和故障征兆的預(yù)測(cè)，用于預(yù)報(bào)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的各個(gè)變量。

2.2.2試驗(yàn)法的航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型在故障診斷中的應(yīng)用

試驗(yàn)法是基于發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲取它的特性，從而得到數(shù)學(xué)模型的方法。該方法不必深入理解發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)理，但卻必須擬定合理的試驗(yàn)以獲取試車數(shù)據(jù)。通過(guò)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及系統(tǒng)辨識(shí)方法獲取模型的技術(shù)，得到模型性再通過(guò)類比迭代試車曲線使之完全擬合。系統(tǒng)辨識(shí)的方法可分為經(jīng)典類和和現(xiàn)代兩大類。經(jīng)典辨識(shí)方法包括時(shí)域法、頻域響應(yīng)法。現(xiàn)代辨識(shí)方法包括最小二乘法、極大似然法、隨機(jī)逼近法、相關(guān)辨識(shí)法。2.2.3發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)檢測(cè)方法故障診斷專家系統(tǒng)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷方面已取得了不少的成果，如葉片故障診斷專家系統(tǒng)、磨損故障診斷專家系統(tǒng)。所謂專家系統(tǒng)其實(shí)就是一個(gè)維護(hù)設(shè)備，該設(shè)備包括知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理機(jī)、解釋系統(tǒng)和數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)。

3檢測(cè)技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)方面的創(chuàng)新

3.1航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能自動(dòng)測(cè)試技術(shù)

實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)應(yīng)用了模糊處理技術(shù)、人工智能、圖形圖像處理技術(shù)和抗干擾技術(shù)。自動(dòng)測(cè)試技術(shù)為適應(yīng)現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試要求，改進(jìn)目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能測(cè)試現(xiàn)狀，對(duì)應(yīng)用模糊集合理論實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)模糊識(shí)別是這種技術(shù)的重點(diǎn)，實(shí)踐證實(shí)該測(cè)試方法狀態(tài)識(shí)別率高、用人少、精度高,提高了一線部隊(duì)機(jī)務(wù)保障能力。

3.2先進(jìn)內(nèi)窺技術(shù)與發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測(cè)內(nèi)窺技術(shù)

多年來(lái)一直在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)中發(fā)揮著重要的作用，不管是高涵道渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)還是低涵道的軍用渦扇，其主要組成均為風(fēng)扇、壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪及附件系統(tǒng)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高溫、高壓和高轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下，因此其故障多發(fā)部位也多集中在這三高狀態(tài)下的高壓壓氣機(jī)、燃燒室和高壓渦輪中。發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件如主氣流通道部件、高壓壓氣機(jī)、高、低壓渦輪的各級(jí)輪盤(pán)及葉片、燃油噴嘴、燃燒室等都是不易拆卸且檢驗(yàn)可達(dá)性較差的零部件，對(duì)這些零部件的檢查與監(jiān)測(cè)工作都是通過(guò)內(nèi)窺技術(shù)完成的，未來(lái)的內(nèi)窺技術(shù)主要體現(xiàn)在先進(jìn)的軟硬件綜合和集成技術(shù)。以及基于物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中。因此，內(nèi)窺技術(shù)一直在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)中發(fā)揮著重要的作用。

4結(jié)論

自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的核心內(nèi)容是信號(hào)的檢測(cè)，也就是傳感器的應(yīng)用，而傳感器是“能夠感受規(guī)定的被側(cè)量并按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的期間或者裝置”，起著過(guò)程檢測(cè)信息與轉(zhuǎn)換信息的重要作用，航空發(fā)動(dòng)機(jī)方面更是應(yīng)用甚廣，從油量的檢測(cè)到力矩檢測(cè)，再到轉(zhuǎn)速，再到溫度，壓力，位移等等，都需要傳感器為控制提供相應(yīng)的信號(hào)。所以在航空控制方面?zhèn)鞲衅鞯墓收显\斷尤為重要。在故障診斷方面，自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)也發(fā)揮著理論上的支持。

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作者：呂偉 單位：中航工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所西安