中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司发动机试车厂 辽宁沈阳 110000
摘要：发动机性能的正常操作和正常运行对大型机械起着重要的作用，在飞机运行操作的过程中，如果你能找到发动机故障，并在第一时间进行解决，它可以在一定程度上控制故障的发展，以确保正常飞行的飞机着陆。在大型机械操作过程中，发动机的摩擦故障是比较常见的故障类型，对摩擦故障的快速判断，对整个发动机的处理具有重要的意义。虽然传统的诊断方法比较广泛，但效率低下，第一时间无法检测到。本文在技术发展的基础上，分析了飞机发动机碰撞在线监测以及在线诊断系统，并对其进行了一定的研究。
关键词：航空发动机；碰摩故障；在线监测；诊断研究
1前言
航空发动机在运行的过程中，转子和定子部件之间的摩擦是更容易发生的，摩擦故障将导致发动机转子系统不稳定，影响转子系统的稳定性，最终导致增加发动机的振动现象，使得发动机性能下降或其他后续故障，故障较为严重的会危及发动机的正常运行。近年来，随着航空发动机性能的提高和效率的提高，发动机的叶尖间隙也逐渐变小，这使得摩擦故障飞机发动机的频率增加。飞机发动机监测的传统方法是定期检查、性能监测、振动信号监测等方法。这些传统的监测方法不能准确定位故障或只能监测二次故障，不能满足航空发动机的高性能要求。针对航空发动机实际使用的需求和现状，迫切需要一种新的监测方法来提高监测质量。所以本文就分析了航空发动机碰撞故障的在线监测与诊断技术。
2航空发电机碰摩故障探析
2.1摩擦过程分析
根据故障的严重程度，可以将航空发动机的碰撞分为三种类型：间歇性碰撞、局部碰撞和整周碰撞。这种间歇性的碰撞是气压机叶片在发动机转动时发生的意外碰撞等等。局部碰撞是指在发动机的一个或几个周期内发生碰撞，而整周碰撞是在多个转速周期内不断摩擦电动机。从摩擦学角度，我们可以分析出叶片与壳体之间的摩擦属于干摩擦，没有润滑剂这样的物体在其之间进行缓冲。
2.2碰摩颗粒产生机理
飞机的发动机叶片和机匣逐渐发生摩擦碰撞，由于摩擦会产生较小的颗粒，使得发动机叶片和壳体之间的摩擦接触剧烈，同时会产生较大的颗粒。一般来说，在分析干摩擦时，磨损定律可以用来表示摩擦过程的参数和影响程度。
3压气机叶片-机匣碰摩故障
3.1碰摩过程分析
压缩机各级叶轮安装在轮盘上，每个轮盘都有数十或数百个叶子，所以单个压缩机叶轮和密封材料或机框体摩擦是一种类似于断续磨削过程，并从摩擦学的角度来分析，叶片和套管摩擦属于典型的高速干摩擦，摩擦副之间没有任何润滑剂或纯固体高速摩擦接触形式的保护膜，根据压气机转子结构的特殊性，可以将摩擦干燥过程的过程定义为高速间歇碰撞。
3.2碰摩颗粒产生机理
航空发动机叶片与密封材料或套管之间的逐渐接触摩擦会产生较小的颗粒；当叶片密封材料或套管发生严重碰撞时，碰撞产生的颗粒粒径一般大于40微米。
4航空发动机碰摩故障监测原理
4.1航空发动机碰摩故障在线监测原理
航空发动机主要以精密信号处理系统为基础，由静电监测原理进行监测。在在线监测系统的运行过程中，飞机上将会有一个特定的信号处理器来监控飞机引擎的碰撞，并分析故障的具体解决方案。因此，监测方法是在线监测，可以监测发动机全天候，确保飞机在飞行期间的稳定性。同时，利用处理器对故障进行监测和分析，更加准确可靠，效率更高。
4.2碰摩故障静电监测原理
在线监测系统的基本原理是使用静电监测原理来进行监测的。当发动机出现故障时，会产生一些微小的带电粒子，这些微粒会影响静电电荷的数量，从而导致异常波动的电流。以及基于静电场监测的信号处理器，监测电流的波动，并根据监测的分析对信号处理器、信号处理器进行监测，以确定发动机的摩擦故障。在摩擦故障处理的过程中，使用信号检测传感器探头进行监测，其检测结果通过实时处理器可以发送到终端，终端将除了噪声，滤波，放大的信号进行了分析处理，将信号特征进行提取，然后转移到信号分析终端进行了分析，最后显示在监视器上的摩擦故障是否是引擎碰撞。由于在线系统监控，可以实时监控发动机，及时反馈，保证发动机正常运行，保证飞机安全飞行。
4.3碰摩故障诊断及处理
对于空间发动机的碰撞诊断，一般的过程如下：静电信号的显示完成后，可以根据公式计算静电场中电荷信号的活动频率。良好的静态图像提出过程中，一方面会提出的连续时间信号电荷信息，另一方面提取离散电荷信号，连续时间信号电荷更真实，离散电荷信号更直观，清晰，更方便处理。如果得到图像中电荷信号的均方根，则可以检测到电信号的异常，以确定起始动机的摩擦故障。
在大型机械操作过程中，发动机的静电有很多种类，我们应该保持对异常信号的相应处理措施，以确保对摩擦故障的准确诊断，及时解决，以免减少不必要的损失。在失败的情况下，飞行员必须保持清醒的头脑，冷静分析，判断故障范围的控制能力，如果可以解决，然后仔细观察，思考，如果你发现错是超出了他的能力范围，及时请求援助，和更好的控制飞机的飞行状态，以确保飞机最大程度的安全。
5碰摩故障模拟实验平台
5.1故障模拟实验平台构建
通过静电感应技术对飞机发动机压缩机摩擦故障进行检测，设计和制造航空发动机压气机原理和物理仿真实验系统如图1所示。仿真实验系统主要包括：转子的摩擦、可拆卸、摩擦材料的进给装置、进给控制单元、摩擦冲击测量单元、控制单元、转子屏蔽的外部安全、管道的绝缘、气路静电传感器等。
图一航空发动机压气机模拟实验台原理图
5.2轻微碰摩故障模拟实验
在实验室用相关设备进行了实验。具体的实验过程是：在常温条件下，使用摩擦进给量控制单元装置，使移动摩擦材料和转子叶片慢慢进行在轻微的摩擦，在不断的摩擦之间进行接触和分离，在实验持续了一段时间后，将由摩擦测试部分装料装置分离彻底，然后整个实验过程结束。由于实验是一项高风险的实验，整个实验过程必须进行连续的控制。本实验的目的是验证静电传感器是否能监测摩擦试验产生的金属颗粒，并分析故障静电信号和周期信号分量的特征。
6结束语
飞机发动机摩擦故障属于典型的旋转机械故障，利用航空发动机压缩机摩擦故障仿真实验平台的自主知识产权设计和制造，完成了压缩机摩擦故障模拟实验，获得了模拟故障静电监测信号（电压）。通过梯度积分和LMS法计算相应的电荷信号，利用静电信号时域和频域特性来监测摩擦故障的特征。研究表明，由于摩擦故障发生立即产生带电粒子，静电电压脉冲信号均方根值的突变和摩擦频率信号频域信号充电率增加的活动和碰摩故障的出现，有负面事件率脉冲类似RMS电压信号的变化，这些特性被视为摩擦故障发生的基础。通过摩擦模拟研究结果表明，静电监测技术可以发生在故障粒子上，仅能检测出异常，从而实现摩擦故障监测和预警的气道。
参考文献：
[1]刘鹏鹏，左洪福，付宇.航空发动机碰摩故障在线监测与诊断研究[J].仪器仪表学报，2013（07）.
[2]符烧，张群岩，赵述元.航空发动机试飞中转静子碰摩故障信号处理的希尔伯特一黄变换（HH）T方法[J].噪声与振动控制，2012（02）.
论文作者:黄祁茂
论文发表刊物:《基层建设》2018年第18期
论文发表时间:2018/8/6
标签：摩擦论文; 故障论文; 发动机论文; 信号论文; 在线论文; 静电论文; 航空发动机论文; 《基层建设》2018年第18期论文;