基于智能技术的航空发动机气路故障诊断

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1、南京航空航天大学硕士学位论文注释表H:飞行高度，kmMa:飞行马赫数PL:油门杆角度，度PNF：低压转子相对物理转速PNC:高压转子相对物理转速P22:风扇出口总压，PaT22:风扇出口总温，KP3:压气机出口总压，PaT3:压气机出口总温，KP42：高压涡轮出口总压，PaT42:高压涡轮出口总温，KP46:低压涡轮出口总压，PaT46:低压涡轮出口总温，Kefan:风扇效率ehcm:压气机效率ehtb:高压涡轮效率eltb:低压涡轮效率wa22:风扇流量系数wa31:压气机流量系数wg42:高压涡轮流量系

2、数wg46:低压涡轮流量系数CF:效率和流量的耦合因子η：发动机各部件的效率FC:发动机各部件的流量FAN:风扇部件HCM:压气机部件HTB:高压涡轮部件HLB：低压涡轮部件vii承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可

3、以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1.1故障诊断简述故障，是指系统的运行处于不正常状态，并可导致系统相应的功能失调，即导致系统相应的行为超过允许范围，使系统的功能低于规定的水平，这就是所谓的故障。而故障诊断是指系统在一定工作环境下查明导致系统某种功能失调的原因或性质，判断劣化状态发生的部位或部件，以及预测状态劣化的发展趋势等。它是以可靠性理论、信息论、控制论

4、和系统理论为基础，以现代测试仪器和计算机为技术手段结合各种诊断对象的工作原理而逐步形成的一门新兴[1]学科。[2]故障诊断技术发展至今已经历了三个阶段：第一阶段由于机器设备比较简单，故障诊断主要依靠专家或维修人员的感觉器官、个人经验及简单仪表就能胜任故障的诊断与排除工作。传感器技术、动态测试技术及信号分析技术的发展使得诊断技术进入第二个阶段，并且在维修工程和可靠性工程中得到了广泛的应用，诊断方法有：基于数学模型的方法，如参数估计诊断法、状态估计诊断法等；基于系统输入输出信号处理的方法，如基于小波变换的方法、

5、输出信号处理法、信息匹配诊断法、基于信息融合的方法、信息校核法等。80年代以来，由于机器设备日趋复杂化、智能化及光电一体化，传统的诊断技术已不能适应了，随着计算机技术、人工智能技术，特别是专家系统的发展，诊断技术进入了第三个阶段—智能化阶段，方法有：基于符号推理的智能诊断方法，[3]如传统人工智能；另一类是基于数值计算的智能诊断方法，如人工神经网络。今日，对复杂系统进行智能故障诊断已成为智能技术研究的前沿课题和热点。1.2航空发动机故障监测与诊断随着航空科技的不断进步，不仅航空发动机的工作性能大幅度提高，而

6、且对其可靠性和可维护性的要求更高，更全面。现代航空发动机大部分为燃气涡轮发动机，其结构复杂，在高转速、高温度的恶劣环境下工作，属于多发故障机械。航空发动机故障可分为：气路故障（如风扇、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷口等）、附件故障、燃油调节系统故障、轴承润滑系统故障等。航空发动机维修已从过去的“预防为主”的维修思想向“以可靠性为中心”1基于智能技术的航空发动机气路故障诊断的维修思想转变，相应的维修方式也由简单的定时维修转向状态监控和视情维[4]修相结合的方式。实现视情维修的关键是对发动机各部件的健康状况进行有效

7、的监视，保证发动机的安全工作。发动机状态监视与故障（EMS）系统正是基于上述维修思想于上世纪70年代开始逐步发展起来的。该系统是指借助一定的有效方式对与发动机各部件工作状态紧密相关的各种参数实施监测，根据所监测的数据对各部件的工作状态及其发展趋势做出有价值的判断，即做出诊断结[5]论。目前采用的发动机状态监视和故障诊断的手段大致有三类：气路参数分析（GPA）和性能监视；机械状态监视；无损探伤。国外在20世纪80年代开始[6]在民用发动机上应用状态监视和故障诊断系统，并取得了成功。随着电子技术和计算机技术的迅

8、猛发展，航空发动机的状态监视和故障诊断技术也取得了长足的进步。国外典型的监视系统有ECM(P&W公司研制)、ADEPT系统（GE公司[7]研制）、TEAM（P&W公司研制）、COMPASS（RR公司研制）等。表1.1为国外部分发动机使用的监测诊断系统一览表。表1.1部分国外发动机使用的监测诊断系统监测系统系统名称诊断水平适用发动机EngineConditionMonitoringSystemJT9DECMⅡ发动机