航空發(fā)動機故障診斷

內容概要

　　本書是在西北工業(yè)大學飛行器動力工程專業(yè)“航空發(fā)動機故障診斷與可靠性”課程多年教學的基礎上編寫而成的。教材從航空發(fā)動機外場機務與維修工程的實際需要出發(fā)，介紹了外場航空發(fā)動機故障診斷工作中實際應用的各種診斷方法。其中，有基于故障方程的狀態(tài)診斷方法，高速旋轉機械普遍應用的振動診斷方法，僅見于航空發(fā)動機故障診斷的指印圖分析方法、趨勢圖分析方法，對于機械設備狀態(tài)監(jiān)控及診斷非常有效的滑油分析技術等，還有處于智能診斷技術發(fā)展前沿的模糊診斷法和人工神經網絡法等。根據(jù)工信部國防科工局下達的教材編寫指南的要求，又增加了故障樹診斷方法、故障特征提取方法和航空發(fā)動機故障診斷專家系統(tǒng)等內容。
　　《國防特色教材·動力機械及工程熱物理：航空發(fā)動機故障診斷》適用于航空動力工程及相關專業(yè)的本科生和研究生，對于從事航空發(fā)動機設計研究的科研人員和使用維護的工程技術人員也有參考價值。

書籍目錄

第1章 緒論
1.1 發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷學
1.1.1 發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷學的發(fā)展
1.1.2 發(fā)動機故障診斷學的研究對象
1.1.3 發(fā)動機故障診斷學的主要任務
1.2 發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)
1.2.1 發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷學體系
1.2.2 狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷的基礎理論
1.2.3 發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)的組成
1.3 發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)的能力和效益
1.3.1 發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)的能力
1.3.2 發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)的效益
1.4 發(fā)動機性能參數(shù)的錄取
1.4.1 典型EMS參數(shù)
1.4.2 基本EMS結構
1.4.3 發(fā)動機性能參數(shù)錄取的基本要求
1.5 發(fā)動機的狀態(tài)和故障
1.5.1 狀態(tài)
1.5.2 狀態(tài)量（狀態(tài)參數(shù)）
1.5.3 故障的分類
1.6 發(fā)動機健康管理（EHM）系統(tǒng)簡介
1.6.1 發(fā)動機健康管理的基本概念
1.6.2 國內外相關技術的研究概況、水平和發(fā)展趨勢
1.6.3 發(fā)動機健康管理的主要研究內容
思考題
第2章 發(fā)動機狀態(tài)診斷
2.1 發(fā)動機狀態(tài)診斷概述
2.1.1 故障信息的傳遞過程
2.1.2 基本原理
2.1.3 基本方法
2.1.4 基本步驟
2.1.5 狀態(tài)診斷的基本概念
2.2 故障方程
2.2.1 發(fā)動機故障模型的建立與求解的一般原則
2.2.2 發(fā)動機的原始數(shù)學模型
2.2.3 發(fā)動機的故障模型
2.2.4 故障因子
2.2.5 建立故障方程
2.2.6 建立經驗故障方程
2.3 故障方程求解的數(shù)學基礎
2.3.1 故障方程的病態(tài)問題
2.3.2 多元線性模型
2.3.3 最小二乘估計
2.3.4 統(tǒng)計假設和假設檢驗
2.4 故障方程的求解
2.4.1 故障方程求解的基本概念
2.4.2 故障方程的求解方法
2.4.3 合理解的選擇
2.5 應用實例-JT9D發(fā)動機的性能監(jiān)控
2.5.1 利用高斯法求解
2.5.2 利用有約束的最小二乘法
2.5.3 單因子的最小二乘法
思考與練習題
第3章 發(fā)動機振動診斷方法
3.1 振動監(jiān)視系統(tǒng)概述
3.1.1 振動監(jiān)視系統(tǒng)的組成
3.1.2 振動監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視和診斷功能
3.2 發(fā)動機的主要激振源
……
第4章 航空發(fā)動機常用診斷方法
第5章 現(xiàn)代故障診斷方法
第6章 故障診斷專家系統(tǒng)概論
第7章 航空維修工程中的可靠性
附錄
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   1.5.3 故障的分類 根據(jù)故障的特點可以從以下幾個方面進行分類。按故障形式可分為結構型故障（如裂紋、磨損、腐蝕、不平衡、不對中等）與參數(shù)型故障（如失速喘振、共振、超溫等）；按故障危險程度可分為危險性的與非危險性的；按故障的發(fā)展速度可分為漸發(fā)性的（能通過早期試驗或測試來預測的故障）與突發(fā)性的（不能靠早期試驗或測試來預測的故障）；按故障影響程度可分為局部性的（導致某些功能喪失，但不會引起所需功能的全部喪失）與全局性的（完全喪失所需的功能）；按故障持續(xù)時間可分為I臨時性的與持續(xù)性的；按故障的原因可分為先天性的、劣化性的與濫用性的；按故障預防的角度可分為隨機故障和可預測故障；按故障征兆的特點可分為征兆可觀測和不可觀測；在可靠性研究中可分為早期（致命）性、偶發(fā)性及隨機性故障。顯然，人們特別注意的故障是危險性、突發(fā)性、全局性和持續(xù)性的故障，因為它們往往會造成災難性的損失，比較難以防范。 1.6 發(fā)動機健康管理（EHM）系統(tǒng)簡介 1.6.1 發(fā)動機健康管理的基本概念 目前，國外先進飛機的狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)已經結合結構壽命管理技術而發(fā)展為健康管理（Health Management，HM）系統(tǒng)。 發(fā)動機健康管理（Engine Health Management，EHM）是指利用傳感器獲取發(fā)動機狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息，借助各種傳統(tǒng)的和現(xiàn)代的數(shù)學方法來評估發(fā)動機及各系統(tǒng)的健康狀態(tài)，預測發(fā)動機性能狀態(tài)的發(fā)展趨勢和可能發(fā)生的故障，并提供科學和恰當?shù)呐殴屎途S修建議；在結構載荷監(jiān)測的基礎上，對發(fā)動機在保證工作安全條件下的剩余使用壽命進行預測。 發(fā)動機健康管理（EHM）是預測和健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）技術在航空發(fā)動機領域的運用。系統(tǒng)的主要功能如下： ①航空發(fā)動機司測參數(shù)的數(shù)據(jù)采集與處理； ②測試系統(tǒng)及傳感器自檢及故障隔離（BIT）； ③發(fā)動機重要參數(shù)超限警告； ④航空發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)視及趨勢分析； ⑤發(fā)動機常見和危險性故障診斷及故障隔離； ⑥發(fā)動機關鍵部件載荷統(tǒng)計和壽命評估； ⑦提供發(fā)動機地面維修決策和維護、修理建議。 目前，航空燃氣渦輪風扇發(fā)動機是大型民用客機和運輸機的主要動力。在多數(shù)航空發(fā)動機型號中，渦扇發(fā)動機的安全工作和可靠性等級都已經達到相當高的水平，使用和維修技術也已趨于穩(wěn)定。但是，盡管發(fā)動機已經有了很高的可靠性，由于種種原因，發(fā)動機在飛行過程中仍偶有失效。而發(fā)動機在空中失效所產生的災難性后果，仍然需要建立適當?shù)臓顟B(tài)監(jiān)控程序，尋求適當?shù)氖侄魏头椒?，進一步提高發(fā)動機工作的可靠性，避免嚴重后果的發(fā)生。不久前法航的一架A330型飛機失事，造成200多人遇難，就再一次向人們敲響了警鐘。 先進航空發(fā)動機技術更先進，系統(tǒng)也越來越復雜。為了同時保證性能的先進性、工作的可靠性和使用的經濟性，會面臨許多無法調和的矛盾。在整個飛機各系統(tǒng)中，發(fā)動機的運行成本和發(fā)動機的故障影響都占據(jù)很大的比重。 EHM系統(tǒng)能夠在保障可靠性及飛行安全的同時，降低使用、維修和故障影響帶來的運營成本，有效緩解航空發(fā)動機高性能與低成本這一難以調和的尖銳矛盾，使高性能的發(fā)動機在保證安全的前提下，在經濟上具有可承受性。因此，在航空發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)基礎上，融合現(xiàn)代科學的先進技術發(fā)展而來的發(fā)動機健康管理系統(tǒng)應運而生。 多數(shù)故障情況下，在首次出現(xiàn)機械故障和完全破壞之間存在著一段顯著的時間間隔。在其初始階段，一個機械故障會誘發(fā)發(fā)動機飛行性能的少量損失，表現(xiàn)在發(fā)動機可測參數(shù)發(fā)生微小的變化，或在發(fā)動機滑油系統(tǒng)中產生金屬屑末。狀態(tài)監(jiān)控技術利用這一段時間間隔收集有關的資料作為狀態(tài)監(jiān)控信息供航空公司營運者使用。此信息在發(fā)動機部件完全破壞前被詮釋去鑒別發(fā)動機部件的狀態(tài)，在部件失效前，通過有效的修理或更換，像空中發(fā)動機失火或發(fā)動機空中停車（IFSD）這樣的嚴重事件就可以避免。這是采用機載狀態(tài)監(jiān)控和健康管理系統(tǒng)，預知和化解故障，提高航空發(fā)動機工作的可靠性的科學依據(jù)。 發(fā)動機健康管理是在傳統(tǒng)的發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷的基礎上發(fā)展而來的。在提升故障診斷準確性的基礎上，進一步提出了故障的預測能力，增加了壽命管理能力，并進一步與飛機上的綜合信息系統(tǒng)融合，互為補充。EHM系統(tǒng)綜合利用計算機技術、信息技術、人工智能等學科的研究成果產生的各種新的解決方案，對發(fā)動機可測參數(shù)提供的信息進行獲取、處理、特征提取、辨識和融合，采取積極主動的方式監(jiān)視發(fā)動機的健康狀態(tài)，預測發(fā)動機性能變化趨勢、部件故障發(fā)生的可能性和剩余使用壽命，通過提供恰當?shù)木S護和修理建議來減緩發(fā)動機的性能衰退、失效的過程，避免部件故障引發(fā)的意外事件。

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