探析航空发动机常见故障诊断技术

代庆杰 袁飞

摘 要：本文对航空发动机的常见故障进行了分析，同时从故障维修实践的视角出发，围绕航空发动机的故障诊断技术展开具体探讨，希望能够为有关维修工作人员的故障诊断工作提供一定参考。

关键词：航空发动机;故障诊断技术

引言：随着航空设备研发工作的持续推进，近些年我国的航空设备生产制造水平实现了较大提升，但在航空设备维修方面，却仍然显得略有不足，尤其是对于航空发动机等复杂设备的故障诊断，更是存在着各种各样的问题，而要想有效改变这一航空发动机维修工作现状，则需要各种航空发动机的故障诊断技术展开持续探索与推广。

1 航空发动机常见故障

1.1 振动故障

航空发动机的振动故障是指在发动机高速运转且负荷较大的情况下，出现了转子零部件振动过大的现象，使有关零部件逐渐变形或受到严重磨损，最终因转子质心偏移而导致各种不平衡故障问题，通常是由转子热弯曲、转子轴承设计或安存在误差、转子突加不平衡等原因所导致。同时，由于同型号航空发动机的结构、原材料、生产制造工艺均完全相同，其振动成分大小与频率基本都会稳定保持在某个固定范围内，因此一旦航空发动机的整机振动成分大小、频率超出了原设计规定范围，那么无论是振动过大还是振动过小，都可以初步判断发动机存在振动故障隐患，必须要尽快进行停机检查、确定振动变化的原因，才能够有效避免重大故障问题的发生，而航空发动机整机振动过大或过小的现象，则可以看作是一种比较特殊的振动故障问题[1]。从目前来看，尽管航空发动机的制造生产技术水平已经比较高，如人工阻尼器等减小振动的装置也在航空发动机上得到了有效应用，但航空发动机的故障问题仍然比较常见，不少型号的航空发动机在初期投入使用时，出现振动故障的几率都超过了20%。

1.2 疲劳故障

疲劳故障作为航空发动机最为常见的早期故障问题，主要是指发动机零部件因持续、高速、高负荷运行而出现不正常磨损或疲劳损伤，使零部件无法再正常发挥其原有功能，进而导致发动机停车等故障问题，同样多出现于发动机转子系统中，如叶片、轴承、盘等都属于疲劳故障的常见区域。一般来说，由于零部件磨损与疲劳损伤都是在较长周期内逐渐形成的，因此很多发动机在出现疲劳故障后，初期并不会出现运行异常，但零部件的磨损、疲劳损伤程度却会随之运行时间的增加而不断提升，等到航空发动机受疲劳故障问题影响出现明显运行异常后，故障严重程度及后果往往都已比较严重。

1.3 气路故障

航空发动机的气路故障简单来说就是发动机的气路系统出现了故障问题，如（涡轮风扇发动机）风扇叶片断裂、压气机叶片出现损伤、转子部件部分缺失、静子与转子碰磨等等，与其他故障问题相比较不仅故障表现更为复杂，故障原因也更加多样化，有些故障现象还具有着交叉性特点，可以被定义为不同类型故障问题。例如压气机的转子叶片损伤故障成因就包括高负荷运转下叶片疲劳损伤、空气中污染物积累导致叶片积垢、空气中固体小颗粒与零件接触导致叶片侵蚀、化学损伤导致叶片腐蚀等等。

1.4 控制系统故障

控制系统故障作为航空发动机最为重要的故障问题之一，是指发动机燃油控制系统在运行过程中出现异常，导致发动机的燃油供应及运行失去控制，具体可分为受控对象故障、执行机构故障、控制器故障、传感器故障等几种，不同类型故障的原因与影响均存在明显差异[2]。例如执行机构故障通常是由零部件的机械损伤等问题导致，故障发生时燃油控制系统仍然可以正常接收传感器上传的数据，并发出相应控制指令，但无法实现对发动机运行的控制。而传感器故障则是因安装在发动机各处的传感器出现异常所导致，故障发生后燃油控制系统完全无法获取到任何數据信息，自然也无法实现对发动机运行的控制。

2 航空发动机的故障诊断技术

2.1 表层简易诊断

表层简易诊断作为最常用的航空发动机故障诊断技术之一，主要用于故障原因相对简单、故障影响相对较强的故障问题进行初步诊断，具有着技术要求低、操作简单、诊断速度快等特点，但维修人员完成诊断后所能够获得的故障信息也非常少，实际应用中通常都需要与其他故障诊断方法相结合，作为故障的初步诊断方法，为故障隐患预测、故障预防及后续的详细故障诊断提供重要参考[3]。从具体措施来看，故障诊断时有关维修人员（飞行员）需要先借助专业仪器，对航空发动机进行简单的表层测定或定时监测，待确定有关检测数据、明确发动机基本运行情况后，结合发动机正常运行状态、规律展开故障分析，一旦发现导致发动机运行异常的故障现象，再根据故障现象的特征来进行准确的故障分析与排除，判断真实故障原因。

2.2 疲劳寿命预测

疲劳寿命预测主要是针对航空发动机疲劳故障的一种故障诊断技术，与其他故障诊断技术相比十分特殊。从原理上来看，由于发动机零部件的磨损、疲劳损伤在初期很难被发现，等到故障影响比较明显时，其可能造成的后果往往又难以接受，因此为了尽可能早的发现发动机零部件磨损、疲劳损伤等故障隐患，有关维修人员完全可以利用同型号航空发动机零部件材质相同的特点及断裂力学理论知识，对容易出现磨损或疲劳损伤的零部件进行结构裂纹萌生寿命、裂纹扩展寿命预估，将其大致的疲劳寿命确定下来，之后再结合零部件生产时间，于零部件达到疲劳寿命前进行有针对性的无损检测，以便于及时了解到零部件的磨损、疲劳损伤情况，完成疲劳故障诊断。并尽快采取有效的零部件更换、修理措施，以免造成严重的故障问题。

2.3发动机模型诊断

发动机模型诊断的原理较为简单，通常是指在航空发动机的生产制造阶段，为发动机（组装前）构建一个大小不同但运行原理、结构、性能、零部件组合组装流程等完全相同的模型，之后通过发动机模型试运行测试的方式，对航空发动机正式投入使用后可能出现的各种故障隐患展开全面排查，并在发现故障隐患后，将故障原因、故障影响、故障表现等明确下来，为后期的故障诊断工作提供重要参考。而在航空发动机投入使用后，一旦其出现故障问题，有关维修人员则可以直接依据前期发动机模型试运行测试所获得的故障隐患相关信息，对实际故障问题进行准确判断[4]。另外，由于发动机模型试运行测试很难发现并模拟出所有的航空发动机故障隐患，因此在对该诊断技术的实际应用中，还可以将人工智能技术中的人工神经网络与发动机模型诊断结合起来，借助人工神经网络在非线性映射、信息高效处理、自动适应与学习等方面的优势，对未知类型故障的信息进行有效记录持续补充，为发动机的新型故障问题诊断提供支持。

结束语：总而言之，航空发动机的故障诊断虽然难度较高，但只要能够熟悉了解各类常见故障隐患的特点，同时根据航空发动机的实际故障情况，在有关维修工作实践中对表面简易诊断、疲劳寿命预测、发动机模型诊断等故障诊断技术进行灵活运用，就必然能够使航空发动机故障诊断的准确性得到有效提升。

参考文献：

[1]陆志毅，王振伟，曹彬.航空发动机常见故障诊断技术研究[J].中国航务周刊，2021（39）：54-55.

[2]张司颖.航空发动机机械故障诊断[J].中国航班，2021（19）：87-88.

[3]张栋善，赵成.试分析航空发动机故障诊断技术[J].中国新通信，2019，21（17）：139-140.

[4]阚德臣.航空发动机故障诊断方法及测试流程分析[J].内燃机与配件，2019（11）：154-155.