航空發動機故障診斷（簡體書）

本書根據航空發動機故障診斷工作過程中的特點，劃分成“航空發動機狀態監測技術”“航空發動機故障分析技術”和“航空發動機健康管理技術”三篇。首先，討論發動機試車和機載的測量/測試系統、監測的特徵參數以及故障檢測紅線的相關標準。然後，揭示發動機整機/主要部件的典型故障機制。從典型的單一故障入手，再到氣構液熱的多場耦合故障。最後，介紹融合診斷、狀態評估和智能診斷的新方法，介紹學科交叉新技術在發動機故障診斷中的應用。

目錄

叢書序

前言緒論

第一篇航空發動機狀態監測技術

第1章 航空發動機狀態監測物理量

1.1 發動機監測參數類型 015

1.2 整機振動參數 018

1.2.1 時域參數監測 020

1.2.2 頻域參數監測 022

1.3 氣動性能參數 025

1.3.1 主要性能指標 026

1.3.2 小偏差監測方法 028

1.4 滑油品質參數 029

1.4.1 滑油消耗量 030

1.4.2 理化參數 031

1.4.3 磨粒參數 032

小結 033

參考文獻 034

第2章 故障診斷對象的特點

2.1 發動機的主要類型與指標 035

2.1.1 發動機類型和截面劃分 035

2.1.2 發動機的熱力循環 041

2.1.3 發動機推力產生原理 043

2.1.4 發動機的技術指標 046

2.1.5 發動機故障的定義及內涵 051

2.2 結構特點及故障風險 052

2.2.1 發動機結構與單元體 052

2.2.2 支承和傳力的特點 058

2.3 工作特點及故障風險 069

2.3.1 狀態的劃分 069

2.3.2 振動隨轉速的變化規律 070

2.3.3 效率隨飛行速度的規律 071

2.3.4 推力隨高度的變化規律 072

2.4 監測特點與診斷要求 073

2.4.1 計算機輔助測試的監測系統 073

2.4.2 發動機數據採集系統 074

2.4.3 *高分析頻率需求分析 081

小結 086

參考文獻 087

第3章 航空發動機振動監測

3.1 整機振動的振源 088

3.1.1 整機振動超標的原因 088

3.1.2 激振源的類型 089

3.1.3 激振響應的監測方法 090

3.1.4 振動監測特徵量 090

3.1.5 振動限制值 091

3.2 振動信號的積分和微分變換 092

3.3 整機測振中的傳感器軸向位置優化 095

3.3.1 軸側佈置傳感器位置選擇思路 095

3.3.2 測振截面選擇方法 096

3.3.3 機匣測振傳感器位置選擇 100

3.3.4 機載測點選擇 102

3.3.5 某型發動機測點佈置方案 104

3.3.6 工程應用中的要點 106

3.4 整機測振中的傳感器周向位置修正 106

3.4.1 測振傳感器周向位置 106

3.4.2 測振傳感器周向位置修正算法 107

3.4.3 工程應用中的要點 110

3.5 振動限制值確定方法 110

3.5.1 一次試車數據的總體分佈 110

3.5.2 不同台份試車數據的總體分佈 111

3.5.3 特徵參數振動限制值的確定 113

3.5.4 工程應用中的要點 115

小結 116

參考文獻 116

第4章 振動特徵的提取和優化選擇

4.1 發動機穩定狀態的特徵參數提取 118

4.1.1 時域特徵參數 118

4.1.2 頻譜特徵參數 119

4.1.3 能量特徵參數 120

4.1.4 形狀特徵參數 122

4.2 發動機非穩定狀態的特徵參數提取 128

4.2.1 短時傅裡葉變換與Gabor變換 129

4.2.2 維格納分佈 130

4.2.3 小波變換 131

4.2.4 經驗模態分解 133

4.2.5 希爾伯特黃變換 135

4.3 特徵參數的優化選擇 138

4.3.1 特徵參數優化選擇方案 139

4.3.2 過濾算法研究 140

4.3.3 嵌入算法研究 144

4.3.4 多目標尋優及實例驗證 148

4.3.5 對於算法的幾點討論 151

小結 152

參考文獻 153

第5章 整機振動源識別

5.1 發動機振動信號盲源分離思路 155

5.1.1 盲源分離數學模型 156

5.1.2 盲源分離基本公式 157

5.1.3 分離效果評價方法 158

5.2 半盲源分離算法理論與應用 159

5.2.1 半盲源分離的優勢 159

5.2.2 引入參考信號的多單元ICAR算法 162

5.2.3 適用於發動機振動信號的ICAR算法 164

5.2.4 發動機實測振動信號半盲源分離 173

5.3 工程應用中的要點 181

小結 181

參考文獻 181

第二篇航空發動機故障分析技術

第6章 發動機典型故障機制

6.1 轉子類故障――質量不平衡 186

6.1.1 故障成因及特點 186

6.1.2 風扇葉片結垢/結冰故障模式 188

6.1.3 高壓轉子殘餘不平衡超標故障模式 192

6.1.4 不同因素對不平衡響應的影響規律 199

6.2 靜子類故障――支點不對中 199

6.2.1 故障成因及特點 199

6.2.2 不對中故障模式 202

6.2.3 不對中故障特徵 206

6.2.4 不同因素對故障響應的影響規律 210

6.3 整機類故障――轉靜碰摩 214

6.3.1 故障成因及特點 214

6.3.2 轉子機匣碰摩故障模式 214

6.3.3 轉子機匣碰摩故障特徵仿真 222

6.3.4 不同參數對轉子機匣碰摩響應的影響規律 227

6.4 關鍵部件故障――軸承損傷 235

6.4.1 故障成因及軸承故障類型 235

6.4.2 軸承的故障特徵 238

6.4.3 滾動軸承振動信號的調製特性 241

6.4.4 調製信號的解調方法 244

6.5 附件系統故障――傳動齒輪異常 250

6.5.1 附件結構及齒輪故障分類 250

6.5.2 附件傳動系統的故障特徵 253

6.5.3 附件傳動系統振動信號及其調製特性 254

6.5.4 傳動系統故障的特徵提取方法 256

6.6 典型部件故障――減速器故障 262

6.6.1 減速器類型及故障成因 262

6.6.2 減速器的故障特徵 266

6.6.3 減速器故障信號的降噪處理 269

6.6.4 工程中應用的要點 272

6.7 發動機故障基因 272

6.7.1 故障基因的定義 273

6.7.2 故障基因庫的建立 273

6.7.3 應用舉例 279

小結 281

參考文獻 281

第7章 氣流結構耦合故障分析

7.1 發動機的氣構耦合異常振動 284

7.1.1 試車異常振動現象 284

7.1.2 氣構耦合的失穩機制 285

7.2 發動機轉子的氣構耦合模型 286

7.2.1 氣動激振力的表達式 286

7.2.2 氣動激振力產生的交叉剛度 288

7.3 轉子運動穩定性分析 290

7.3.1 穩定性判據 290

7.3.2 判據的非線性應用 294

7.4 工程應用中的要點 297

小結 297

參考文獻 297

第8章 油液結構耦合故障分析

8.1 盤腔積液的液構耦合模型 302

8.1.1 帶積液轉子的動力學方程 302

8.1.2 轉子協調正進動的積液流動分析 304

8.1.3 轉子非協調正進動的積液流動分析 305

8.2 帶積液轉子的穩定性分析 308

8.2.1 液構耦合的失穩機制 308

8.2.2 轉子失穩振動分析 309

8.2.3 失穩轉速區間確定 312

8.2.4 影響失穩門檻轉速的因素 314

8.3 帶積液轉子的穩定邊界 316

8.3.1 失穩現象實驗複現 316

8.3.2 失穩實驗特徵分析 320

8.3.3 積液參數對失穩振動的影響規律 322

8.3.4 帶積液轉子失穩振動預警 324

8.4 工程應用中的要點 325

小結 326

參考文獻 326

第9章 結構結構耦合故障分析

9.1 構構耦合故障出現的部件 328

9.2 構構耦合的失穩機制 330

9.2.1 內阻尼失穩機制 330

9.2.2 不同結構內阻尼引起失穩 331

9.2.3 失穩原因的統一表達 335

9.3 構構耦合的建模與仿真 338

9.3.1 耦合故障的轉子運動方程 338

9.3.2 耦合故障振動特徵的數值仿真 342

9.3.3 耦合故障的影響參數分析 342

9.4 工程應用中的要點 344

小結 344

參考文獻 345

第10章 高、低壓轉子的耦合故障

10.1 概述 346

10.2 帶中介軸承的雙轉子系統的受力分析 347

10.3 中介軸承滾道承受的動載荷 348

10.4 減載設計的原則 350

10.5 減載設計算法 353

10.6 工程應用中的要點 355

小結 355

參考文獻 356

第三篇航空發動機健康管理技術

第11章 融合診斷

11.1 發動機故障的融合診斷 359

11.1.1 多層多域融合診斷的思路 359

11.1.2 融合診斷域 361

11.2 特徵層融合 362

11.2.1 氣路故障模式及其特徵 363

11.2.2 振動故障模式及其特徵 363

11.2.3 部件級的典型故障原因及融合特徵 364

11.3 模式層融合 367

11.3.1 基於小偏差法的氣路故障判據 367

11.3.2 典型振動故障模式的判據 371

11.3.3 典型融合故障係數矩陣 373

11.3.4 故障的權重係數矩陣 374

11.3.5 發動機故障融合模型 376

11.4 決策層融合 378

11.4.1 融合識別思路 378

11.4.2 融合數據處理 378

11.4.3 相似程度決策 380

11.4.4 距離指標決策 380

11.5 工程應用中的要點 381

小結 381

參考文獻 382

第12章 發動機整機振動預測

12.1 整機振動趨勢預測的框架 383

12.2 趨勢模型建立與識別 385

12.2.1 平穩波動模型 385

12.2.2 週期擺動模型 385

12.2.3 線性發展模型 387

12.2.4 階躍突起模型 388

12.3 基於趨勢模型的故障預測 389

12.3.1 線性發展預測模型 389

12.3.2 雙源拍振預測模型 390

12.3.3 振幅突變預測模型 391

12.4 預測案例分析 392

12.4.1 歷史數據情況 393

12.4.2 垂直測點預測結果 394

12.4.3 水平測點預測結果 395

12.4.4 誤差分析 396

12.5 工程應用中的要點 397

小結 397

參考文獻 397

第13章 發動機健康狀態評價

13.1 發動機健康狀態識別的框架 399

13.1.1 健康狀態識別 399

13.1.2 評價指標 403

13.2 基於數理統計的識別方法 404

13.2.1 貝葉斯診斷理論