民用航空发动机状态监测与故障诊断基础理论及关键技术研究

The technology of civil aero-engine condition monitoring and fault diagnosis is one of the important factors of aviation security, and it also is a key technology of the development of civil aero-engine with our own intellectual property rights. Due to the lack of independent development monitoring and diagnosis system of civil aero-engine, domestic airlines depend on integrated diagnosis systems or remote diagnosis service supported by foreign Original Equipment Manufacturers (OEM). Through monitoring and evaluating the engine condition by using the Quick Access Recorder (QAR) data, the basic theory and key technology of civil aero-engine rotor and starting ignition system are studied. The achievements are verified combining with engine experiments and simulation experiments. The specific contents of this research included: the study on engine condition monitoring methods based on QAR data, rotor system fault diagnosis methods, starting ignition system fault diagnosis methods, and fault diagnosis experiments. On the basis of deep research on fault mechanism, an international advanced method system of civil aero-engine monitoring and diagnosis is constructed, and a relative system is developed. The purpose of this program is to break through the technical barrier of foreign countries, make sure the domestic civil aviation safety, and reduce the civil aero-engine maintenance costs in China.

民航发动机状态监测与故障诊断是民航安全运行的重要影响因素，也是我国研制自主知识产权的民航发动机的关键技术。由于国内尚无自主知识产权的民航发动机状态监测及故障诊断系统，航空公司主要依赖于国外设备制造商提供的成套诊断系统或远程诊断服务。本项目通过机载QAR数据监测评估民航发动机转子系统和起动点火系统的状态，结合发动机台架实验和故障模拟实验，进行转子系统和起动点火系统故障诊断基础理论与关键技术研究并进行验证。具体包括：基于机载QAR数据的民航发动机状态监测方法研究、民航发动机转子系统故障诊断方法研究、民航发动机起动点火系统故障诊断方法研究和民航发动机故障诊断实验研究。在深入分析民航发动机故障机理的基础上，研究状态监测与故障诊断的基础理论和关键技术，构建具有国际先进水平的民航发动机状态监测及故障诊断方法体系，研发相关系统，突破国外技术壁垒，保障我国民航飞行安全，降低民航发动机维修成本。

本项目在对航空发动机机载QAR数据进行筛选研究的基础上，建立QAR数据库；基于多元线性回归和RBF神经网络方法建立航空发动机性能参数基线模型，分析航空发动机性能参数之间的相关关系；采用Kalman 滤波的AR模型预测方法建立民航发动机主要性能参数趋势预测模型，应用回归分析和混沌分析等方法建立性能参数对比监测模型；对航空发动机性能参数进行分析，开发航空发动机状态监测软件系统，并以北京飞机维修工程有限公司为应用对象，实现软件原型系统的应用示范。.对航空发动机转子系统的部件进行测绘，在研究其结构和支撑形式基础上，建立航空发动机转子系统动力学模型，求解典型故障下系统的动力学响应；搭建转子系统故障模拟实验台，结合仿真与实验进行不对中，碰摩，轴承，松动，裂纹等单一/耦合故障的机理研究，获得转子故障的特征及影响因素；基于改进EMD方法和ICA方法对故障信号进行分解处理；基于动力学与模糊方法建立航空发动机故障诊断体系，提出基于模糊支持向量机的故障识别方法，以解决传统支持向量机方法易受噪声和奇异点干扰的问题；结合故障机理研究和故障诊断体系，开发航空发动机转子故障诊断软件系统，并以实验台为应用对象，实现系统的功能测试。.研究发动机点火组件数学模型，建立点火组件仿真模型并研究典型故障的波形特点；研究波形匹配算法，构造典型波形模板并建立点火组件故障数据库；采用波形匹配算法实现点火组件故障诊断；对发动机导线单线、网络及磨损故障建模，分析导线故障特征阻抗及信号在导线网络中传播过程，提出时频域检测方法进行故障检测并构造实验系统进行验证；研究改进型人工免疫算法，以高压涡轮主动间隙控制组件为例进行多故障耦合模式下故障诊断方法研究。.在研究QAR数据特征，转子系统故障、点火系统故障机理及诊断方法基础上，建立航空发动机故障数据库，开发航空发动机状态监测及故障诊断系统，实现对航空发动机性能参数监测和系统故障诊断，进行实验测试，验证系统可靠性。