航空发动机故障诊断技术

<正>航空发动机是飞机的心脏,一旦发生故障,常常导致严重的飞行事故。因此,国内外航空界对发动机的故障诊断都进行过系统、深入的研究。发动机运行过程中,常常伴随故障的发生,必然产生诸如振动、噪声、温度、压力等物理参数的变化。航空发动机故障诊断技术就是依据这些参数的变化,来判断、识别发动机的工作状态和故障,对故障进行早期预报、识别,做到防患于未然,保证发动机安全、稳定、可靠地工作。故障诊断技术是实现航空发动机视情维修的重要一环,其关键在于连续监测或周期     

基于Vague集相似度量的航空发动机故障诊断的研究

针对传统故障诊断的局限性,探讨了基于Vague集相似度量的航空发动机故障诊断的方法.将Vague集之间的相似度量与发动机故障诊断问题结合.在得到发动机故障征兆和故障类型之间关系的基础上,计算待诊断检测故障样本与系统故障知识的Vague集之间的相似度,从而对故障进行诊断和排序.通过实例阐明将其用于某型航空发动机的故障诊断中,结果表明该方法操作方便,诊断结果准确可靠.说明了基于Vague集相似度量在航空发动机故障诊断中的有效性与合理性.     

基于Kolmogorov熵的转子—机匣系统故障诊断研究

提出了基于Kolmogorov熵的航空发动机转子—机匣系统状态识别和故障诊断新方法。应用关联积分算法,基于实测的航空发动机机匣振动时间序列求解了转子—机匣系统不同工作状态和故障状态的Kolmogorov熵;基于Kolmogorov熵,对航空发动机转子—机匣系统进行了状态识别和故障诊断。研究结果表明,该法具有较高的状态识别和故障诊断能力。     

航空发动机燃油系统执行机构及其传感器故障诊断

提出了基于执行机构模型和航空发动机逆模型的执行机构及其传感器单一故障诊断和定位方法.基于执行机构小闭环结构建立了3阶执行机构传递函数模型.基于两个并联的BP(back propagation)神经网络,建立了航空发动机稳态逆模块和动态补偿模块,形成航空发动机逆模型,以实现基于航空发动机输出的燃油流量估计.以执行机构模型输出和传感器输出之间的偏差为依据进行故障判别,以航空发动机逆模型输出和传感器输出偏差为依据对故障进行定位.以某型航空发动机及其燃油系统执行机构模型为对象进行的仿真,结果表明,该诊断系统可在航空发动机稳态、动态情况下准确地诊断出幅值在1.6%以上的执行机构及其传感器故障并进行定位,验证了所提出故障诊断方法的有效性.      

基于模糊粗集的航空发动机特征参数提取算法

提取发动机性能状态的特征参数,是提高发动机故障识别正确率和可靠性的必要条件.针对实际航空发动机故障参数所具有的模糊和连续性特点,提出了一种基于模糊粗糙集的特征参数提取算法,并应用到某型航空发动机故障识别.研究结果表明:属性约简的核则为导致发动机故障的特征参数,以此特征参数进行故障诊断,可保证较高的诊断精度;同时,该算法的抗干扰性提高了整个系统故障识别的正确率.该算法可用于航空发动机故障分类、故障诊断以及状态监控.      

支持向量机在航空发动机故障诊断中的应用

提出了一种基于支持向量机的航空发动机故障诊断方法。该方法在利用恰当的工具或方法提取到发动机故障的特征信息之后,采用支持向量机对特征信息与故障模式进行关联,实现故障模式的分类。该方法专门针对小样本集合设计,能够在小样本情况下获得较大的推广能力,将其应用于某型发动机的故障诊断中,取得了较好的效果。该方法尤其对于新型发动机的故障诊断具有一定的参考价值。      

航空发动机电点火系统现状与发展趋势

航空发动机点火系统是保证飞机完成飞行任务的一个重要部件,其研发和制造涵盖多个技术生产领域。介绍了国内外电点火系统的主要体系和发展现状,并根据航空发动机使用条件、起动包线、与燃烧室的兼容性、环境适应性等总体要求及元器件材料和工艺水平,结合发动机电点火系统自身研制特点和技术特征,分析了不同电点火系统的设计原理和性能优势。探讨了电点火系统的发展趋势,并指出变频变能电点火系统是未来主要发展方向。     

航空发动机气路故障静电监测技术研究

航空发动机气路中任一部件的故障都会严重影响发动机的性能，甚至造成严重后果。本文研究了基于静电监测机理的发动机气路碎屑监测技术，设计了一套航空发动机气路故障静电监测系统，并在发动机模拟试验台上进行了两种典型故障模拟试验。研究表明，该系统通过监测发动机排气颗粒的静电电荷水平和变化规律，可判断发动机气路部件的故障情况，为发动机故障诊断和健康管理提供关键技术手段。     

飞机交流电源系统故障分析模型仿真研究

研究电源系统故障模式是发现和解决设备故障的重要环节。为了更直观地展现飞机交流电源系统故障类型与故障表现的关系,根据其工作原理以及常见故障,利用Simulink设计并搭建了系统故障分析模型,具体对电压频率异常、三相负载不平衡、相间短路、相断路等5种故障类型进行仿真。该故障分析模型可便捷设置不同故障状态,模拟交流电源系统的工作过程,并输出馈线电压电流波形和故障类型编码,为发现并解决故障提供了模型基础,能够针对性地给出故障的视情维修方案。实例仿真表明,该模型能用于仿真多种故障,有助于故障解决方案的给出,验证了系统故障分析模型的可行性与通用性。     

基于监督流形学习的航空发动机振动故障诊断方法

航空发动机故障诊断中一个有挑战性的难题就是如何处理具有高维数、非线性化特点的故障数据,传统模式识别方法很难发现这类数据集的真实结构,导致故障诊断准确性不高。针对这一问题,将一种新兴的非线性维数约简技术——流形学习引入航空发动机振动故障诊断,提出基于监督流形学习理论的航空发动机特征提取与识别方法。该方法首先采用最近兴起的监督局部线性嵌入流形学习算法对蕴含在高维振动故障数据中不同故障的流形特征进行学习,映射到低维嵌入空间以实现故障的特征提取,在降维后的流形特征空间中构造分类器实现故障识别。利用航空发动机转子故障数据对方法的有效性进行了验证,结果表明,该方法显著提高了故障诊断性能,克服了传统的模式识别方法PCA和LDA的不足,并且在训练样本数为每类100的条件下,该方法的平均故障诊断正确率比PCA和LDA分别高出2.93%和7.20%。     

基于单故障叠加的航天器故障数据仿真方法

针对测试故障诊断系统可靠性的问题,在传统基于对故障航天器的参数估计模拟的故障数据仿真基础上,提出一种基于单故障叠加模型的航天器复杂故障数据仿真方法,新型数据仿真方法能够在有限次迭代的情况下逐次逼近仿真航天器故障数据,对航天器故障的仿真实验证明,该方法可广泛应用于各类航天器故障诊断系统的测试过程。     

基于云关联度的航空发动机传感器、部件故障识别系统设计

针对灰色关联度方法用于发动机故障诊断精度低的问题,结合云理论和关联度分析方法,提出了云关联度方法,利用“云滴”能够反映映射的模糊性和随机性与整体“形状”变化分布这一特性,克服数据挖掘的模糊性和随机性问题,采用综合隶属度方法能够充分对数据进行挖掘,最终计算出云关联度.为了实现航空发动机传感器、部件单一故障的实时识别和诊断,在分析航空发动机传感器故障和部件故障特点的基础上,利用云关联度方法,设计了航空发动机传感器、部件故障的识别系统.仿真结果表明该方法不仅能够实时正确区分航空发动机传感器、部件故障,还能准确诊断出故障发生的传感器或者部件的位置,有效地改善了航空发动机故障诊断能力.      

基于EDA的故障字典生成技术研究

在现代新型武器装备中,复杂模拟和数模混合电路的应用在提升装备性能的同时,也对电路故障诊断提出了更高的要求与挑战.故障字典不但具有规范性和实用性等特点,且能有效解决当前复杂电路的故障诊断存在的问题,提高装备的故障诊断效率.本文提出了基于EDA的故障字典生成技术.从该技术的原理出发,详细论述了故障模式集的选择方法、测试点的筛选与优化方法、特征信号的提取方法、基于EDA的故障注入方法和故障字典的生成方法等;最后,以某型机音频处理电路为例,验证了该故障字典生成方法在故障诊断中的可行性和有效性.     

我国航空市场支线飞机运营故障统计分析

对我国支线飞机以及运营在支线航线上的干线飞机在运行过程中产生的大量故障与可靠性数据进行收集,通过对已发生的重大故障或影响小的故障信息的整理、统计与分析,获得各相关机型侄运行过程中表现出来的故障特点,从而归纳出机型之间故障分布的共性,为飞机设计与改型提供需要重点关注的ATA章节建议,为我国自主研制的飞机设计与改型提供有益的参考。     

临近空间无人飞行器多余度容错导航系统设计

临近空间无人飞行器导航系统的故障直接影响到飞行器的任务执行和飞行安全,因此必须能够长时间地保持稳定性和精确性,为达到此目的必须设计由惯性导航、卫星导航等多种导航传感器组成的多源多余度容错导航系统,提高系统的可靠性。针对临近空间飞行器制导控制对导航信息的需求,提出了一种标准的三余度导航系统架构,并设计了采用新型加权平均表决子算法,具备故障检测和隔离以及故障重构功能的容错重构算法,构建了适用于临近空间无人飞行器的多余度容错导航系统,通过实测试验数据仿真验证了容错导航系统的性能,展示了系统一次故障工作的故障容错能力。所研究内容也可被其他类型的无人飞行器借鉴和参考。     

飞机维修信息管理系统

基于机载中央维护系统(CMS),提出了飞机维修信息管理系统(AMIMS),以进一步提高飞机的安全性,降低维修和运行成本;并详细讨论了AMIMS的组成、功能、关键技术及其解决途径。     

电力作动器用高可靠性永磁容错电机控制系统的设计及其试验分析

 针对电力作动器的高可靠性要求,结合转子磁钢采用离心结构的六相十极永磁容错电机(FTPMM),提出一种基于电流直接控制法的容错控制系统。当电机绕组或功率管发生断路及短路故障时,系统无需硬件故障辨识信号及软件算法切换就可实现系统的强容错功能,即故障后电机输出转速不变,输出功率与发生故障的相数有关,当电机系统出现一相、两相、三相故障时,电机分别可输出100%、80%、60%的额定功率;设计了一台750 W六相十极永磁容错电机的原理样机及其全数字化控制器,证明了该容错控制策略的正确性及整个电机控制系统的强容错性及可行性。     

航空发动机双重传感器故障诊断逻辑研究

针对航空发动机控制系统的双重传感器故障,提出了一种采用双路容错设计的卡尔曼滤波器故障检测隔离系统.故障检测隔离系统由一系列卡尔曼滤波器组成,每个滤波器都假定2路传感器故障,而以故障支路外的测量值作为输入量.当双重传感器故障发生时,只有不包含故障传感器信息的滤波器保持较低的估计残差,其他滤波器都会产生较大的估计残差,如此双重传感器故障便可以被隔离.利用滤波器组估计残差的特征,进一步设计合理的运算逻辑,系统就可以同时对传感器单一故障进行检测和隔离.为了验证故障诊断系统的有效性,在发动机慢车状态分别对传感器发生双重故障和单一故障的情况进行仿真.仿真结果表明:故障诊断系统能够准确有效地对传感器双重故障和单一故障进行检测和隔离.      

故障注入器功能设计

对于容错计算机的验证 ,必须模拟在系统运行出现故障的情况下 ,容错计算机对故障的检测、隔离和定位能力。所以 ,需要研究故障注入技术。故障注入是通过一定的方法 ,按照一定的控制 ,改变计算机内部硬件或软件的状态 ,使其出现预先定义的故障状态 ,由此触发容错计算机的故障逻辑 ,验证故障逻辑的功能和性能。     

襟翼不对称运动和襟翼倾斜的保护逻辑研究

实现高升力系统的故障保护对提高电传飞机安全性具有重要的意义.本文描述了高升力系统后缘襟翼的架构;针对不对称故障和倾斜故障的监控和和保护方式问题,分析了上述两类故障的监控和保护措施及其工作逻辑,在确定工作逻辑的阈值参数时综合考虑了检测和确认故障、襟翼动力驱动装置的制动过程以及系统机械误等因素;建立了故障保护逻辑的Simulink模型,并对不同的失效情况进行了仿真分析,仿真结果表明本文设计的故障保护措施能够很好地监控系统并防止故障蔓延,研究结果对民机高升力系统设计具有一定的借鉴意义.