航空发动机故障在线监测系统的研究

刘远航 王铁楠 郑 丽

（中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

随着我国航空工业的不断发展，航空发动机技术也在不断进步，但是在航空发动机使用中可能会出现一些故障，其中发动机的碰磨故障是最主要的故障之一，如果航空发动机在使用过程中出现较大的故障，可能会出现飞机发动机无法运转的情况，这将会造成重大的安全隐患。因此，航空发动机的设计单位加强对发动机故障在线监测系统的研究是非常必要的，这样才能够及时发现发动机的故障，在出现重大事故之前排除故障。发动机的转子和静子之间的碰磨是正常现象，但是转子系统难免会出现一些问题，从而导致发动机失稳或发动机出现其他故障，使得飞机无法正常飞行。随着航空技术水平的提高，对发动机故障的在线监测提出了更高的要求，以往的监测技术无法对故障位置进行非常准确的定位，导致排除故障非常困难，效率也比较低，不能满足航空发动机的技术要求。本文首先介绍了航空发动机的故障分析情况，包括故障分析、碰磨颗粒产生机理、故障诊断及处理，重点讲解了航空发动机故障在线监测原理和故障静电监测原理。通过对航空发动机故障在线监测原理的研究，能够有效提高发动机的监测技术，提高发动机故障处理效率，也为航空事业的安全发展做出贡献。

1 航空发动机故障

1.1 故障分析

碰磨故障是发动机的主要故障，发动机碰磨故障主要可以分为3种，分别是间歇性碰磨故障、局部碰磨故障和整周碰磨故障。其中，间歇性碰磨故障是指在发动机转速不变的情况下发生的不确定故障；局部碰磨故障是指发动机在运行一个阶段后发生的一次碰磨故障；整周碰磨故障是指发动机在多个运行周期中发生的碰磨故障。一般来说，碰磨故障是一种干摩擦，是发动机叶片与发动机壳体之间的摩擦，这种摩擦过程中一般不存在润滑剂。一般情况下，由于发动机的叶片安装在各级轮盘上，每一个轮盘上就有着几十个甚至有上百片叶片，所以单个发动机的叶片与封严材料或发动机机匣壳体的碰磨是一种类似于断续磨削的过程，而且如果从摩擦学的角度来分析就可以知道，发动机的叶片与机匣碰磨属于典型的高速干摩擦过程，也就是摩擦之间没有任何润滑剂或保护膜的纯固体高速接触摩擦的形式，根据发动机转子结构的特殊性，碰磨过程就可以定义为高速断续干磨削过程。

1.2 碰磨颗粒产生机理

航空发动机在运行过程中，叶片与发动机的机匣会发生比较轻微的碰磨，这种情况下就会产生非常小的碰磨颗粒；如果叶片与发动机的机匣出现比较大的碰磨时，就会出现非常大的碰磨颗粒。对于这种叶片与发动机的机匣碰磨的分析，一般情况都可以用磨损定律来确定碰磨的相关数据，还可以分析这种相互碰磨可能产生的后果。可以对发动机的静电场进行检测，时刻检测电场的电流变化情况，同时把监测的情况反馈给相应的接收装置，信号接收装置再对其进行分析识别，这样能够较为准确判断出发动机的碰磨情况，如果碰磨情况较为严重时就需要进行发出警报。

2 航空发动机故障监测原理

2.1 航空发动机故障在线监测原理

航空发动机的故障在线监测系统的原理就是信号的收集和处理，这些信号的监测系统主要是通过对静电的监测来实现对发动机故障进行分析处理。飞机发动机通过故障在线监测系统以及信号处理系统，能够使得飞机在飞行过程中对发动机的故障信号进行监测，并分析发动机故障的具体情况，提出故障的解决办法，从而确保发动机的各种故障能够被及时发现并及时处理。所以，飞机发动机的监测系统一定要是在线监测的，只有在线监测系统，才能对飞机发动机的运行情况进行实时监测，及时了解故障情况，确保飞机安全飞行。而且，通过信号处理系统能够对故障进行监测和分析，更加准确可靠。

2.2 故障静电监测原理

航空发动机的故障在线监测系统的原理就是静电的监测原理。如果航空发动机出现问题或故障，一定会在发动机内部出现一些带电的颗粒，而这些带电的颗粒就会对发动机内的电荷产生一定的影响，就会造成发动机内的静电场产生变化。在线监测系统可以通过信号的收集设备监测发动机内部的电场情况，及时收集电场中的电波变化情况，把这些电波信号收集到相应的信号处理器中，通过这些处理器就能够对电波信号进行分析计算，并判断发动机的故障情况。在信号处理过程中，信号的监测装置是一种传感器，这种传感器能够把收集的信号及时地反馈给信号收集器，信号收集器再把这些信号进行过滤和放大，把有代表性的信号挑选出来，再把这些特征信号传送给计算分析装置进行判断，然后就能确定发动机是否发生了碰磨故障。通过这种信号收集和监测系统，就能够及时地对发动机的情况进行监测，从而确保发动机在出现故障时能够及时地发现问题和解决问题，保证飞机的飞行安全。

2.3 故障诊断及处理

航空发动机故障在线监测系统的流程包括以下内容：在完成静电场的信号收集后，通过计算程序可以了解电场内信号的强弱，在对这些信号的提取过程中，能够了解在一段时间内的信号强弱情况，也可以了解到电荷的离散信号，一般情况下电荷在一段固定时间内的信号较为准确，但是电荷的离散信号也比较直观，通过观察离散信号也能够较为简单的得到相应的信息。然后要对收集的信号进行计算分析，了解电荷信号是否属于故障信号，进而判断发动机是否出现了故障。在飞机的飞行过程中，发动机会产生各种各样的信号，随着飞行时间的增长，发动机会出现各种异常的情况，因此，通过这个故障在线监测系统就能够及时准确地了解发动机的异常情况，从而准确判断发动机故障的位置，并采取正确的应对措施，避免飞机出现重大的故障，减少国家的经济损失。另外，在飞机发动机出现故障时，飞行员一定要能够认清形势，及时查找到故障原因，能够分析飞机的飞行情况，确定故障的严重程度，如果想要控制好飞机的正常飞行，就需要时刻监测故障的进展情况，按照要求采取必要的措施，但是在不能处理发动机出现的故障时，就需要立即求援，最大限度地保证飞机的安全，直到飞机安全着陆或故障得到排除。

结论

本文对航空发动机的故障进行了深入的分析研究，并对在线监测系统的应用进行了探讨。在飞机的运行过程中，飞机的安全性和可靠程度要靠发动机的稳定运行实现。随着航空发动机技术的发展，发动机故障在线监测系统也一定得到会快速发展。如果没有发动机故障在线监测系统，将会无法发现发动机的问题，将会导致飞机的事故大量增加，无法保证机内乘客的人身安全。因此，各个发动机设计研发单位应当加强对故障在线监测系统的研究，增加对监测系统研发的人力物力投资，加强对人才的培养，掌握发动机核心技术，不断提高发动机的性能，只有这样才能在国际和国内的市场竞争中立于不败之地，保证飞机的安全飞行，保障乘客的人身安全。