曲文浩

摘要： 航空發(fā)動機是各種飛機的動力裝置主要組成部分，被稱為飛行器“心臟”。作為機械與電子高度融合的航空發(fā)動機，在使用過程中性能會出現(xiàn)不同程度的衰退。但如何方便快捷地計算出衰退的進程及其程度是很困難的。為解決這一難題，在性能衰退評估中采用排氣溫度這一單一參數(shù)，并建立其有關(guān)數(shù)學模型，簡便有效地解決使用中的困惑。

關(guān)鍵詞： 航空發(fā)動機；性能衰退；數(shù)學模型；評估方法

中圖分類號：V231.91 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）34-0037-02

0 引言

航空發(fā)動機是飛機動力裝置的主要組成部分，它為飛機提供運動所需的推力或拉力，用以克服飛機的慣性和空氣阻力。先進的航空發(fā)動機是高技術(shù)、高投入、高風險、高壁壘的復雜高科技密集性透平機械。在航空發(fā)動機工作過程中，因氣流通道被污染，導致流道件特性變化，引起壓氣機效率和渦輪效率下降。此時，為了繼續(xù)保持推力，會通過加大油門來增加燃油供油量，使得高、低壓壓氣機轉(zhuǎn)速上升和發(fā)動機排氣溫度升高，降低發(fā)動機壽命。因此，通過監(jiān)控發(fā)動機的排期溫度這一單參數(shù)，來評估發(fā)動機的性能衰退，成為工程上比較常用、經(jīng)濟的監(jiān)控手段。

1 單參數(shù)的選取

發(fā)動機性能衰退通常通過飛行參數(shù)監(jiān)控的數(shù)據(jù)上可以分析得出，如壓氣機出口壓力減小、燃油耗油量增大、高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差變化等，也可能因如腐蝕、封嚴破壞、外來物損傷流道、葉片表面粗糙度增大、葉片變形彎曲等引起性能衰退，以上這些因素將使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增大和發(fā)動機排氣溫度升高。當排氣溫度超過許用溫度后，會造成核心部件損壞。因此，選取發(fā)動機排氣溫度來監(jiān)控健康狀況，評估性能衰退程度是可行的。

2 監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集與預處理

在實際工作狀態(tài)時，航空發(fā)動機的性能數(shù)據(jù)經(jīng)?；煊休^強隨機噪聲，是非平穩(wěn)的時間序列數(shù)據(jù)，還有少數(shù)數(shù)據(jù)突變或發(fā)展趨勢的突變。我們讀取了某型軍用飛機飛行參數(shù)記錄儀中170次的發(fā)動機排氣溫度數(shù)據(jù)（見圖1）?？梢钥闯?，這其中含有比較明顯的突降趨勢項。

再進一步觀察，發(fā)現(xiàn)不但含有突降趨勢項，還有明顯的數(shù)據(jù)趨勢變化，如圖中采樣點70左右。另外，數(shù)據(jù)中還有較多的數(shù)據(jù)突變，如圖中采樣點100、125、144等處。通過更多的樣本可以發(fā)現(xiàn)，這此特點都是發(fā)動機氣路參數(shù)時間序列數(shù)據(jù)的典型特點。因此，在利用排氣溫度性能數(shù)據(jù)前，還需采用Matlab軟件中的小波分析工具箱進行一次小波變換，對信號進行加權(quán)平均處理，使數(shù)據(jù)趨勢特征有較好的呈現(xiàn)，經(jīng)小波變換對信號的數(shù)字濾波功能處理后的結(jié)果見圖2（圖中橫直虛線表示的是排氣溫度限制值，彎曲虛線表示的是經(jīng)小波變換后的排氣溫度變化趨勢）。

從圖2中排氣溫度變化趨勢來看，隨著時間的推移沒有逐漸上升或下降的趨勢，這是當排氣溫度偏離正常值過多時，維護人員會及時做出調(diào)整，而且隨著發(fā)動機使用年限的增加，偏離正常值的次數(shù)會越來越多，調(diào)整的頻率會越來越高。這就為我們提供了一個思路，即利用發(fā)動機各個使用階段排氣溫度偏離正常值的頻率來作為衡量發(fā)動機性能衰退的指標。

3 性能衰退研究

建立發(fā)動機性能評估指標Y，定義Y為后一點發(fā)動機排氣溫度（用T6表示）與前一點之差與前一點的比值，見公式得到Y(jié)隨時間變化的規(guī)律如圖3所示。

從圖3中可以看出，在120次之前，排氣溫度比較平穩(wěn)，而在120次之后，變化比較劇烈，表示發(fā)動機排氣變化比較大，說明發(fā)動機性能已經(jīng)衰退。

4 結(jié)論

航空發(fā)動機是一種結(jié)構(gòu)復雜的可修復透平機械，在實際使用中監(jiān)控排氣溫度的變化趨勢是比較簡單、經(jīng)濟的方法，維護人員操作起來也不困難。但航空發(fā)動機的故障模式復雜多樣，單參數(shù)法也不能完全排除如滑油壓力降低、燃油消耗量增加和異常磨損等故障模式，需要維護人員在單參數(shù)法評估的基礎(chǔ)上，對其工作情況進行動態(tài)判斷和評估。

參考文獻：

[1]譚巍，李冬，樊照遠，等.基于模糊信息熵的航空發(fā)動機性能評估和可靠性分析[J].航空發(fā)動機，2011，37（5）：45-48.

[2]徐健，于萍，常敏，等.某型發(fā)動機高壓渦輪葉片葉尖裂紋激光焊修復研究[J].航空發(fā)動機，2014，40（4）：79-83.

[3]于文武，康力平，許春生，等.航空發(fā)動機單元體性能評估方法研究[J].航空計算技術(shù)，2007，37（5）：18-20.

[4]雷達.基于智能學習模型的民航發(fā)動機健康狀態(tài)預測研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2013.

[5]李強.民航發(fā)動機健康管理技術(shù)與方法研究[D].南京航空航天大學，2008.

[6]孫見忠.面向單元體的航空發(fā)動機健康狀態(tài)評估與預測方法研究[D].南京航空航天大學，2012.

[7]王華偉，吳海橋.基于數(shù)據(jù)融合的航空發(fā)動機可靠性評估模型[J].南京航空航天大學學報（英文版），2012，29（4）：318-324.

[8]俞克強.大修發(fā)動機單元體性能分析的探索與研究[D].中國民航大學，2007.

[9]譚巍，徐健，于向才.基于支持向量機的航空發(fā)動機性能衰退指標預測[J].航空發(fā)動機，2014，40（4）：51-55.

摘要： 航空發(fā)動機是各種飛機的動力裝置主要組成部分，被稱為飛行器“心臟”。作為機械與電子高度融合的航空發(fā)動機，在使用過程中性能會出現(xiàn)不同程度的衰退。但如何方便快捷地計算出衰退的進程及其程度是很困難的。為解決這一難題，在性能衰退評估中采用排氣溫度這一單一參數(shù)，并建立其有關(guān)數(shù)學模型，簡便有效地解決使用中的困惑。

關(guān)鍵詞： 航空發(fā)動機；性能衰退；數(shù)學模型；評估方法

中圖分類號：V231.91 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）34-0037-02

0 引言

航空發(fā)動機是飛機動力裝置的主要組成部分，它為飛機提供運動所需的推力或拉力，用以克服飛機的慣性和空氣阻力。先進的航空發(fā)動機是高技術(shù)、高投入、高風險、高壁壘的復雜高科技密集性透平機械。在航空發(fā)動機工作過程中，因氣流通道被污染，導致流道件特性變化，引起壓氣機效率和渦輪效率下降。此時，為了繼續(xù)保持推力，會通過加大油門來增加燃油供油量，使得高、低壓壓氣機轉(zhuǎn)速上升和發(fā)動機排氣溫度升高，降低發(fā)動機壽命。因此，通過監(jiān)控發(fā)動機的排期溫度這一單參數(shù)，來評估發(fā)動機的性能衰退，成為工程上比較常用、經(jīng)濟的監(jiān)控手段。

1 單參數(shù)的選取

發(fā)動機性能衰退通常通過飛行參數(shù)監(jiān)控的數(shù)據(jù)上可以分析得出，如壓氣機出口壓力減小、燃油耗油量增大、高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差變化等，也可能因如腐蝕、封嚴破壞、外來物損傷流道、葉片表面粗糙度增大、葉片變形彎曲等引起性能衰退，以上這些因素將使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增大和發(fā)動機排氣溫度升高。當排氣溫度超過許用溫度后，會造成核心部件損壞。因此，選取發(fā)動機排氣溫度來監(jiān)控健康狀況，評估性能衰退程度是可行的。

2 監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集與預處理

在實際工作狀態(tài)時，航空發(fā)動機的性能數(shù)據(jù)經(jīng)?；煊休^強隨機噪聲，是非平穩(wěn)的時間序列數(shù)據(jù)，還有少數(shù)數(shù)據(jù)突變或發(fā)展趨勢的突變。我們讀取了某型軍用飛機飛行參數(shù)記錄儀中170次的發(fā)動機排氣溫度數(shù)據(jù)（見圖1）。可以看出，這其中含有比較明顯的突降趨勢項。

再進一步觀察，發(fā)現(xiàn)不但含有突降趨勢項，還有明顯的數(shù)據(jù)趨勢變化，如圖中采樣點70左右。另外，數(shù)據(jù)中還有較多的數(shù)據(jù)突變，如圖中采樣點100、125、144等處。通過更多的樣本可以發(fā)現(xiàn)，這此特點都是發(fā)動機氣路參數(shù)時間序列數(shù)據(jù)的典型特點。因此，在利用排氣溫度性能數(shù)據(jù)前，還需采用Matlab軟件中的小波分析工具箱進行一次小波變換，對信號進行加權(quán)平均處理，使數(shù)據(jù)趨勢特征有較好的呈現(xiàn)，經(jīng)小波變換對信號的數(shù)字濾波功能處理后的結(jié)果見圖2（圖中橫直虛線表示的是排氣溫度限制值，彎曲虛線表示的是經(jīng)小波變換后的排氣溫度變化趨勢）。

從圖2中排氣溫度變化趨勢來看，隨著時間的推移沒有逐漸上升或下降的趨勢，這是當排氣溫度偏離正常值過多時，維護人員會及時做出調(diào)整，而且隨著發(fā)動機使用年限的增加，偏離正常值的次數(shù)會越來越多，調(diào)整的頻率會越來越高。這就為我們提供了一個思路，即利用發(fā)動機各個使用階段排氣溫度偏離正常值的頻率來作為衡量發(fā)動機性能衰退的指標。

3 性能衰退研究

建立發(fā)動機性能評估指標Y，定義Y為后一點發(fā)動機排氣溫度（用T6表示）與前一點之差與前一點的比值，見公式得到Y(jié)隨時間變化的規(guī)律如圖3所示。

從圖3中可以看出，在120次之前，排氣溫度比較平穩(wěn)，而在120次之后，變化比較劇烈，表示發(fā)動機排氣變化比較大，說明發(fā)動機性能已經(jīng)衰退。

4 結(jié)論

航空發(fā)動機是一種結(jié)構(gòu)復雜的可修復透平機械，在實際使用中監(jiān)控排氣溫度的變化趨勢是比較簡單、經(jīng)濟的方法，維護人員操作起來也不困難。但航空發(fā)動機的故障模式復雜多樣，單參數(shù)法也不能完全排除如滑油壓力降低、燃油消耗量增加和異常磨損等故障模式，需要維護人員在單參數(shù)法評估的基礎(chǔ)上，對其工作情況進行動態(tài)判斷和評估。

參考文獻：

[1]譚巍，李冬，樊照遠，等.基于模糊信息熵的航空發(fā)動機性能評估和可靠性分析[J].航空發(fā)動機，2011，37（5）：45-48.

[2]徐健，于萍，常敏，等.某型發(fā)動機高壓渦輪葉片葉尖裂紋激光焊修復研究[J].航空發(fā)動機，2014，40（4）：79-83.

[3]于文武，康力平，許春生，等.航空發(fā)動機單元體性能評估方法研究[J].航空計算技術(shù)，2007，37（5）：18-20.

[4]雷達.基于智能學習模型的民航發(fā)動機健康狀態(tài)預測研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2013.

[5]李強.民航發(fā)動機健康管理技術(shù)與方法研究[D].南京航空航天大學，2008.

[6]孫見忠.面向單元體的航空發(fā)動機健康狀態(tài)評估與預測方法研究[D].南京航空航天大學，2012.

[7]王華偉，吳海橋.基于數(shù)據(jù)融合的航空發(fā)動機可靠性評估模型[J].南京航空航天大學學報（英文版），2012，29（4）：318-324.

[8]俞克強.大修發(fā)動機單元體性能分析的探索與研究[D].中國民航大學，2007.

[9]譚巍，徐健，于向才.基于支持向量機的航空發(fā)動機性能衰退指標預測[J].航空發(fā)動機，2014，40（4）：51-55.

摘要： 航空發(fā)動機是各種飛機的動力裝置主要組成部分，被稱為飛行器“心臟”。作為機械與電子高度融合的航空發(fā)動機，在使用過程中性能會出現(xiàn)不同程度的衰退。但如何方便快捷地計算出衰退的進程及其程度是很困難的。為解決這一難題，在性能衰退評估中采用排氣溫度這一單一參數(shù)，并建立其有關(guān)數(shù)學模型，簡便有效地解決使用中的困惑。

關(guān)鍵詞： 航空發(fā)動機；性能衰退；數(shù)學模型；評估方法

中圖分類號：V231.91 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）34-0037-02

0 引言

航空發(fā)動機是飛機動力裝置的主要組成部分，它為飛機提供運動所需的推力或拉力，用以克服飛機的慣性和空氣阻力。先進的航空發(fā)動機是高技術(shù)、高投入、高風險、高壁壘的復雜高科技密集性透平機械。在航空發(fā)動機工作過程中，因氣流通道被污染，導致流道件特性變化，引起壓氣機效率和渦輪效率下降。此時，為了繼續(xù)保持推力，會通過加大油門來增加燃油供油量，使得高、低壓壓氣機轉(zhuǎn)速上升和發(fā)動機排氣溫度升高，降低發(fā)動機壽命。因此，通過監(jiān)控發(fā)動機的排期溫度這一單參數(shù)，來評估發(fā)動機的性能衰退，成為工程上比較常用、經(jīng)濟的監(jiān)控手段。

1 單參數(shù)的選取

發(fā)動機性能衰退通常通過飛行參數(shù)監(jiān)控的數(shù)據(jù)上可以分析得出，如壓氣機出口壓力減小、燃油耗油量增大、高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差變化等，也可能因如腐蝕、封嚴破壞、外來物損傷流道、葉片表面粗糙度增大、葉片變形彎曲等引起性能衰退，以上這些因素將使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增大和發(fā)動機排氣溫度升高。當排氣溫度超過許用溫度后，會造成核心部件損壞。因此，選取發(fā)動機排氣溫度來監(jiān)控健康狀況，評估性能衰退程度是可行的。

2 監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集與預處理

在實際工作狀態(tài)時，航空發(fā)動機的性能數(shù)據(jù)經(jīng)常混有較強隨機噪聲，是非平穩(wěn)的時間序列數(shù)據(jù)，還有少數(shù)數(shù)據(jù)突變或發(fā)展趨勢的突變。我們讀取了某型軍用飛機飛行參數(shù)記錄儀中170次的發(fā)動機排氣溫度數(shù)據(jù)（見圖1）。可以看出，這其中含有比較明顯的突降趨勢項。

再進一步觀察，發(fā)現(xiàn)不但含有突降趨勢項，還有明顯的數(shù)據(jù)趨勢變化，如圖中采樣點70左右。另外，數(shù)據(jù)中還有較多的數(shù)據(jù)突變，如圖中采樣點100、125、144等處。通過更多的樣本可以發(fā)現(xiàn)，這此特點都是發(fā)動機氣路參數(shù)時間序列數(shù)據(jù)的典型特點。因此，在利用排氣溫度性能數(shù)據(jù)前，還需采用Matlab軟件中的小波分析工具箱進行一次小波變換，對信號進行加權(quán)平均處理，使數(shù)據(jù)趨勢特征有較好的呈現(xiàn)，經(jīng)小波變換對信號的數(shù)字濾波功能處理后的結(jié)果見圖2（圖中橫直虛線表示的是排氣溫度限制值，彎曲虛線表示的是經(jīng)小波變換后的排氣溫度變化趨勢）。

從圖2中排氣溫度變化趨勢來看，隨著時間的推移沒有逐漸上升或下降的趨勢，這是當排氣溫度偏離正常值過多時，維護人員會及時做出調(diào)整，而且隨著發(fā)動機使用年限的增加，偏離正常值的次數(shù)會越來越多，調(diào)整的頻率會越來越高。這就為我們提供了一個思路，即利用發(fā)動機各個使用階段排氣溫度偏離正常值的頻率來作為衡量發(fā)動機性能衰退的指標。

3 性能衰退研究

建立發(fā)動機性能評估指標Y，定義Y為后一點發(fā)動機排氣溫度（用T6表示）與前一點之差與前一點的比值，見公式得到Y(jié)隨時間變化的規(guī)律如圖3所示。

從圖3中可以看出，在120次之前，排氣溫度比較平穩(wěn)，而在120次之后，變化比較劇烈，表示發(fā)動機排氣變化比較大，說明發(fā)動機性能已經(jīng)衰退。

4 結(jié)論

航空發(fā)動機是一種結(jié)構(gòu)復雜的可修復透平機械，在實際使用中監(jiān)控排氣溫度的變化趨勢是比較簡單、經(jīng)濟的方法，維護人員操作起來也不困難。但航空發(fā)動機的故障模式復雜多樣，單參數(shù)法也不能完全排除如滑油壓力降低、燃油消耗量增加和異常磨損等故障模式，需要維護人員在單參數(shù)法評估的基礎(chǔ)上，對其工作情況進行動態(tài)判斷和評估。

參考文獻：

[1]譚巍，李冬，樊照遠，等.基于模糊信息熵的航空發(fā)動機性能評估和可靠性分析[J].航空發(fā)動機，2011，37（5）：45-48.

[2]徐健，于萍，常敏，等.某型發(fā)動機高壓渦輪葉片葉尖裂紋激光焊修復研究[J].航空發(fā)動機，2014，40（4）：79-83.

[3]于文武，康力平，許春生，等.航空發(fā)動機單元體性能評估方法研究[J].航空計算技術(shù)，2007，37（5）：18-20.

[4]雷達.基于智能學習模型的民航發(fā)動機健康狀態(tài)預測研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2013.

[5]李強.民航發(fā)動機健康管理技術(shù)與方法研究[D].南京航空航天大學，2008.

[6]孫見忠.面向單元體的航空發(fā)動機健康狀態(tài)評估與預測方法研究[D].南京航空航天大學，2012.

[7]王華偉，吳海橋.基于數(shù)據(jù)融合的航空發(fā)動機可靠性評估模型[J].南京航空航天大學學報（英文版），2012，29（4）：318-324.

[8]俞克強.大修發(fā)動機單元體性能分析的探索與研究[D].中國民航大學，2007.

[9]譚巍，徐健，于向才.基于支持向量機的航空發(fā)動機性能衰退指標預測[J].航空發(fā)動機，2014，40（4）：51-55.