航空发动机状态监控与故障诊断

第 1 章绪论 .............................................................................................................................1
1.1 发动机状态监控系统的能力和效益 ......................................................................... 1
1.1.1 发动机状态监控系统的能力 ......................................................................... 1
1.1.2 发动机状态监控系统的效益 ......................................................................... 3
1.2 发动机状态监控与故障诊断的基础理论 ................................................................. 4
1.2.1 发动机故障诊断学的研究对象及主要任务 ................................................. 4
1.2.2 发动机状态监控与故障诊断系统的组成 ..................................................... 4
1.2.3 发动机故障诊断学体系 ................................................................................. 6
1.3 发动机健康管理系统简介 ......................................................................................... 7
1.3.1 发动机健康管理的基本概念 ......................................................................... 7
1.3.2 发动机健康管理系统的主要研究内容 ......................................................... 8
思考题 ................................................................................................................................. 9
第 2 章航空发动机的常见故障模式及机理 ....................................................................... 10
2.1 故障分类 ................................................................................................................... 10
2.1.1 常见的故障类型 ........................................................................................... 10
2.1.2 故障模式 ....................................................................................................... 11
2.1.3 故障严酷度 ................................................................................................... 13
2.2 性能故障模式 ........................................................................................................... 13
2.2.1 给定时间内发动机启动未成功 ................................................................... 13
2.2.2 给定飞行条件下推力不稳定 ....................................................................... 13
2.3 结构强度故障模式 ................................................................................................... 14
2.3.1 风扇、压气机叶片出现裂纹或断裂 ........................................................... 14
2.3.2 压气机钛火故障 ........................................................................................... 14
2.3.3 燃烧室组件故障 ........................................................................................... 14
2.3.4 涡轮叶片出现裂纹或断裂 ........................................................................... 15
2.3.5 涡轮叶片烧蚀 ............................................................................................... 15
2.3.6 涡轮盘裂纹故障 ........................................................................................... 15
2.3.7 整机振动超过规定值 ................................................................................... 15
2.3.8 轴承故障 ....................................................................................................... 15
2.4 航空发动机部件故障分析 ....................................................................................... 15
航空发动机状态监控与故障诊断
VI
2.4.1 压气机部件故障分析 ................................................................................... 15
2.4.2 主燃烧室部件故障分析 ............................................................................... 21
2.4.3 涡轮部件故障分析 ....................................................................................... 22
2.4.4 加力燃烧室部件故障分析 ........................................................................... 25
2.4.5 轴承故障分析 ............................................................................................... 26
2.4.6 转轴故障分析 ............................................................................................... 28
2.4.7 机匣故障分析 ............................................................................................... 31
思考题 ............................................................................................................................... 31
第 3 章航空发动机状态参数监控与故障诊断方法 ........................................................... 32
3.1 发动机的状态及状态参数的采集 ........................................................................... 32
3.1.1 发动机的状态 ............................................................................................... 32
3.1.2 发动机状态参数的采集 ............................................................................... 34
3.2 发动机的状态特征参数 ........................................................................................... 35
3.2.1 选择状态特征参数的原则 ........................................................................... 36
3.2.2 发动机的状态监控 ....................................................................................... 37
3.3 趋势图分析方法 ....................................................................................................... 40
3.3.1 性能参数的采集与预处理 ........................................................................... 40
3.3.2 基线模型的建立 ........................................................................................... 43
3.3.3 偏差值的平滑处理 ....................................................................................... 44
3.3.4 趋势图分析 ................................................................................................... 45
3.4 指印图分析方法 ....................................................................................................... 46
3.4.1 指印图 ........................................................................................................... 47
3.4.2 指印图分析方法 ........................................................................................... 47
3.4.3 故障诊断实例 ............................................................................................... 49
思考题 ............................................................................................................................... 55
第 4 章航空发动机振动监控与故障诊断 ........................................................................... 56
4.1 发动机振动监控系统概述 ....................................................................................... 56
4.1.1 振动监控系统的组成 ................................................................................... 57
4.1.2 振动监控系统的监控和诊断功能 ............................................................... 58
4.1.3 振动监控限制值的确定 ............................................................................... 58
4.2 振动信号的分析方法 ............................................................................................... 59
4.2.1 振动信号的概念与分类 ............................................................................... 59
4.2.2 振动信号的时域分析方法 ........................................................................... 64
4.2.3 振动信号的频谱分析方法 ........................................................................... 71
4.2.4 振动系统动态特性分析 ............................................................................... 77
4.3 发动机常见振动故障 ............................................................................................... 80
4.3.1 转子激振源 ........................................................................