航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷

內(nèi)容概要

　　本書是在西北工業(yè)大學(xué)飛行器動(dòng)力工程專業(yè)“航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷與可靠性”課程多年教學(xué)的基礎(chǔ)上編寫而成的。教材從航空發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)機(jī)務(wù)與維修工程的實(shí)際需要出發(fā)，介紹了外場(chǎng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷工作中實(shí)際應(yīng)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(zhuǎn)機(jī)械普遍應(yīng)用的振動(dòng)診斷方法，僅見于航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的指印圖分析方法、趨勢(shì)圖分析方法，對(duì)于機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及診斷非常有效的滑油分析技術(shù)等，還有處于智能診斷技術(shù)發(fā)展前沿的模糊診斷法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。根據(jù)工信部國(guó)防科工局下達(dá)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(dòng)機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)等內(nèi)容。
　　《國(guó)防特色教材·動(dòng)力機(jī)械及工程熱物理：航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷》適用于航空動(dòng)力工程及相關(guān)專業(yè)的本科生和研究生，對(duì)于從事航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究的科研人員和使用維護(hù)的工程技術(shù)人員也有參考價(jià)值。

書籍目錄

第1章 緒論
1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷學(xué)
1.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷學(xué)的發(fā)展
1.1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷學(xué)的研究對(duì)象
1.1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷學(xué)的主要任務(wù)
1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)
1.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷學(xué)體系
1.2.2 狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷的基礎(chǔ)理論
1.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)的組成
1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的能力和效益
1.3.1 發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的能力
1.3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的效益
1.4 發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)的錄取
1.4.1 典型EMS參數(shù)
1.4.2 基本EMS結(jié)構(gòu)
1.4.3 發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)錄取的基本要求
1.5 發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)健康管理（EHM）系統(tǒng)簡(jiǎn)介
1.6.1 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理的基本概念
1.6.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的研究概況、水平和發(fā)展趨勢(shì)
1.6.3 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理的主要研究?jī)?nèi)容
思考題
第2章 發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)診斷
2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)診斷概述
2.1.1 故障信息的傳遞過(guò)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(dòng)機(jī)故障模型的建立與求解的一般原則
2.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的原始數(shù)學(xué)模型
2.2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)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(jīng)驗(yàn)故障方程
2.3 故障方程求解的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
2.3.1 故障方程的病態(tài)問(wèn)題
2.3.2 多元線性模型
2.3.3 最小二乘估計(jì)
2.3.4 統(tǒng)計(jì)假設(shè)和假設(shè)檢驗(yàn)
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(yīng)用實(shí)例-JT9D發(fā)動(dòng)機(jī)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(xí)題
第3章 發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)診斷方法
3.1 振動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)概述
3.1.1 振動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)的組成
3.1.2 振動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視和診斷功能
3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)的主要激振源
……
第4章 航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   1.5.3 故障的分類 根據(jù)故障的特點(diǎn)可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分類。按故障形式可分為結(jié)構(gòu)型故障（如裂紋、磨損、腐蝕、不平衡、不對(duì)中等）與參數(shù)型故障（如失速喘振、共振、超溫等）；按故障危險(xiǎn)程度可分為危險(xiǎn)性的與非危險(xiǎn)性的；按故障的發(fā)展速度可分為漸發(fā)性的（能通過(guò)早期試驗(yàn)或測(cè)試來(lái)預(yù)測(cè)的故障）與突發(fā)性的（不能靠早期試驗(yàn)或測(cè)試來(lái)預(yù)測(cè)的故障）；按故障影響程度可分為局部性的（導(dǎo)致某些功能喪失，但不會(huì)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(shí)間可分為I臨時(shí)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(yù)防的角度可分為隨機(jī)故障和可預(yù)測(cè)故障；按故障征兆的特點(diǎn)可分為征兆可觀測(cè)和不可觀測(cè)；在可靠性研究中可分為早期（致命）性、偶發(fā)性及隨機(jī)性故障。顯然，人們特別注意的故障是危險(xiǎn)性、突發(fā)性、全局性和持續(xù)性的故障，因?yàn)樗鼈兺鶗?huì)造成災(zāi)難性的損失，比較難以防范。 1.6 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理（EHM）系統(tǒng)簡(jiǎn)介 1.6.1 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理的基本概念 目前，國(guó)外先進(jìn)飛機(jī)的狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)已經(jīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)壽命管理技術(shù)而發(fā)展為健康管理（Health Management，HM）系統(tǒng)。 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理（Engine Health Management，EHM）是指利用傳感器獲取發(fā)動(dòng)機(jī)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(xué)方法來(lái)評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)及各系統(tǒng)的健康狀態(tài)，預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)和可能發(fā)生的故障，并提供科學(xué)和恰當(dāng)?shù)呐殴屎途S修建議；在結(jié)構(gòu)載荷監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在保證工作安全條件下的剩余使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理（EHM）是預(yù)測(cè)和健康管理（Prognostics and Health Management，PHM）技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的運(yùn)用。系統(tǒng)的主要功能如下： ①航空發(fā)動(dòng)機(jī)司測(cè)參數(shù)的數(shù)據(jù)采集與處理； ②測(cè)試系統(tǒng)及傳感器自檢及故障隔離（BIT）； ③發(fā)動(dòng)機(jī)重要參數(shù)超限警告； ④航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視及趨勢(shì)分析； ⑤發(fā)動(dòng)機(jī)常見和危險(xiǎn)性故障診斷及故障隔離； ⑥發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部件載荷統(tǒng)計(jì)和壽命評(píng)估； ⑦提供發(fā)動(dòng)機(jī)地面維修決策和維護(hù)、修理建議。 目前，航空燃?xì)鉁u輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)是大型民用客機(jī)和運(yùn)輸機(jī)的主要?jiǎng)恿?。在多?shù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)中，渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的安全工作和可靠性等級(jí)都已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)高的水平，使用和維修技術(shù)也已趨于穩(wěn)定。但是，盡管發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)有了很高的可靠性，由于種種原因，發(fā)動(dòng)機(jī)在飛行過(guò)程中仍偶有失效。而發(fā)動(dòng)機(jī)在空中失效所產(chǎn)生的災(zāi)難性后果，仍然需要建立適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)監(jiān)控程序，尋求適當(dāng)?shù)氖侄魏头椒?，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性，避免嚴(yán)重后果的發(fā)生。不久前法航的一架A330型飛機(jī)失事，造成200多人遇難，就再一次向人們敲響了警鐘。 先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)更先進(jìn)，系統(tǒng)也越來(lái)越復(fù)雜。為了同時(shí)保證性能的先進(jìn)性、工作的可靠性和使用的經(jīng)濟(jì)性，會(huì)面臨許多無(wú)法調(diào)和的矛盾。在整個(gè)飛機(jī)各系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行成本和發(fā)動(dòng)機(jī)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(shí)，降低使用、維修和故障影響帶來(lái)的運(yùn)營(yíng)成本，有效緩解航空發(fā)動(dòng)機(jī)高性能與低成本這一難以調(diào)和的尖銳矛盾，使高性能的發(fā)動(dòng)機(jī)在保證安全的前提下，在經(jīng)濟(jì)上具有可承受性。因此，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)基礎(chǔ)上，融合現(xiàn)代科學(xué)的先進(jìn)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。 多數(shù)故障情況下，在首次出現(xiàn)機(jī)械故障和完全破壞之間存在著一段顯著的時(shí)間間隔。在其初始階段，一個(gè)機(jī)械故障會(huì)誘發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)飛行性能的少量損失，表現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)可測(cè)參數(shù)發(fā)生微小的變化，或在發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)中產(chǎn)生金屬屑末。狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)利用這一段時(shí)間間隔收集有關(guān)的資料作為狀態(tài)監(jiān)控信息供航空公司營(yíng)運(yùn)者使用。此信息在發(fā)動(dòng)機(jī)部件完全破壞前被詮釋去鑒別發(fā)動(dòng)機(jī)部件的狀態(tài)，在部件失效前，通過(guò)有效的修理或更換，像空中發(fā)動(dòng)機(jī)失火或發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車（IFSD）這樣的嚴(yán)重事件就可以避免。這是采用機(jī)載狀態(tài)監(jiān)控和健康管理系統(tǒng)，預(yù)知和化解故障，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作的可靠性的科學(xué)依據(jù)。 發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理是在傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)視、故障診斷的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。在提升故障診斷準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了故障的預(yù)測(cè)能力，增加了壽命管理能力，并進(jìn)一步與飛機(jī)上的綜合信息系統(tǒng)融合，互為補(bǔ)充。EHM系統(tǒng)綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、人工智能等學(xué)科的研究成果產(chǎn)生的各種新的解決方案，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)可測(cè)參數(shù)提供的信息進(jìn)行獲取、處理、特征提取、辨識(shí)和融合，采取積極主動(dòng)的方式監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀態(tài)，預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能變化趨勢(shì)、部件故障發(fā)生的可能性和剩余使用壽命，通過(guò)提供恰當(dāng)?shù)木S護(hù)和修理建議來(lái)減緩發(fā)動(dòng)機(jī)的性能衰退、失效的過(guò)程，避免部件故障引發(fā)的意外事件。

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