航空發(fā)動機故障診斷

目錄
叢書序
前言緒論
第一篇航空發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)測技術
第1章 航空發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)測物理量
1.1 發(fā)動機監(jiān)測參數(shù)類型 015
1.2 整機振動參數(shù) 018
1.2.1 時域參數(shù)監(jiān)測 020
1.2.2 頻域參數(shù)監(jiān)測 022
1.3 氣動性能參數(shù) 025
1.3.1 主要性能指標 026
1.3.2 小偏差監(jiān)測方法 028
1.4 滑油品質(zhì)參數(shù) 029
1.4.1 滑油消耗量 030
1.4.2 理化參數(shù) 031
1.4.3 磨粒參數(shù) 032
小結(jié) 033
參考文獻 034
第2章 故障診斷對象的特點
2.1 發(fā)動機的主要類型與指標 035
2.1.1 發(fā)動機類型和截面劃分 035
2.1.2 發(fā)動機的熱力循環(huán) 041
2.1.3 發(fā)動機推力產(chǎn)生原理 043
2.1.4 發(fā)動機的技術指標 046
2.1.5 發(fā)動機故障的定義及內(nèi)涵 051
2.2 結(jié)構特點及故障風險 052
2.2.1 發(fā)動機結(jié)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(tài)的劃分 069
2.3.2 振動隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律 070
2.3.3 效率隨飛行速度的規(guī)律 071
2.3.4 推力隨高度的變化規(guī)律 072
2.4 監(jiān)測特點與診斷要求 073
2.4.1 計算機輔助測試的監(jiān)測系統(tǒng) 073
2.4.2 發(fā)動機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 074
2.4.3 *高分析頻率需求分析 081
小結(jié) 086
參考文獻 087
第3章 航空發(fā)動機振動監(jiān)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(jiān)測方法 090
3.1.4 振動監(jiān)測特征量 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(yōu)化 095
3.3.1 軸側(cè)布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(fā)動機測點布置方案 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(shù)據(jù)的總體分布 110
3.5.2 不同臺份試車數(shù)據(jù)的總體分布 111
3.5.3 特征參數(shù)振動限制值的確定 113
3.5.4 工程應用中的要點 115
小結(jié) 116
參考文獻 116
第4章 振動特征的提取和優(yōu)化選擇
4.1 發(fā)動機穩(wěn)定狀態(tài)的特征參數(shù)提取 118
4.1.1 時域特征參數(shù) 118
4.1.2 頻譜特征參數(shù) 119
4.1.3 能量特征參數(shù) 120
4.1.4 形狀特征參數(shù) 122
4.2 發(fā)動機非穩(wěn)定狀態(tài)的特征參數(shù)提取 128
4.2.1 短時傅里葉變換與Gabor變換 129
4.2.2 維格納分布 130
4.2.3 小波變換 131
4.2.4 經(jīng)驗模態(tài)分解 133
4.2.5 希爾伯特黃變換 135
4.3 特征參數(shù)的優(yōu)化選擇 138
4.3.1 特征參數(shù)優(yōu)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(yōu)及實例驗證 148
4.3.5 對于算法的幾點討論 151
小結(jié) 152
參考文獻 153
第5章 整機振動源識別
5.1 發(fā)動機振動信號盲源分離思路 155
5.1.1 盲源分離數(shù)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(yōu)勢 159
5.2.2 引入?yún)⒖夹盘柕亩鄦卧狪CAR算法 162
5.2.3 適用于發(fā)動機振動信號的ICAR算法 164
5.2.4 發(fā)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(jié) 181
參考文獻 181
第二篇航空發(fā)動機故障分析技術
第6章 發(fā)動機典型故障機制
6.1 轉(zhuǎn)子類故障——質(zhì)量不平衡 186
6.1.1 故障成因及特點 186
6.1.2 風扇葉片結(jié)垢/結(jié)冰故障模式 188
6.1.3 高壓轉(zhuǎn)子殘余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(guī)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 不對中故障特征 206
6.2.4 不同因素對故障響應的影響規(guī)律 210
6.3 整機類故障——轉(zhuǎn)靜碰摩 214
6.3.1 故障成因及特點 214
6.3.2 轉(zhuǎn)子機匣碰摩故障模式 214
6.3.3 轉(zhuǎn)子機匣碰摩故障特征仿真 222
6.3.4 不同參數(shù)對轉(zhuǎn)子機匣碰摩響應的影響規(guī)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 軸承的故障特征 238
6.4.3 滾動軸承振動信號的調(diào)制特性 241
6.4.4 調(diào)制信號的解調(diào)方法 244
6.5 附件系統(tǒng)故障——傳動齒輪異常 250
6.5.1 附件結(jié)構及齒輪故障分類 250
6.5.2 附件傳動系統(tǒng)的故障特征 253
6.5.3 附件傳動系統(tǒng)振動信號及其調(diào)制特性 254
6.5.4 傳動系統(tǒng)故障的特征提取方法 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 減速器的故障特征 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(fā)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(jié) 281
參考文獻 281
第7章 氣流結(jié)構耦合故障分析
7.1 發(fā)動機的氣構耦合異常振動 284
7.1.1 試車異常振動現(xiàn)象 284
7.1.2 氣構耦合的失穩(wěn)機制 285
7.2 發(fā)動機轉(zhuǎn)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(chǎn)生的交叉剛度 288
7.3 轉(zhuǎn)子運動穩(wěn)定性分析 290
7.3.1 穩(wěn)定性判據(jù) 290
7.3.2 判據(jù)的非線性應用 294
7.4 工程應用中的要點 297
小結(jié) 297
參考文獻 297
第8章 油液結(jié)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(zhuǎn)子的動力學方程 302
8.1.2 轉(zhuǎn)子協(xié)調(diào)正進動的積液流動分析 304
8.1.3 轉(zhuǎn)子非協(xié)調(diào)正進動的積液流動分析 305
8.2 帶積液轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性分析 308
8.2.1 液構耦合的失穩(wěn)機制 308
8.2.2 轉(zhuǎn)子失穩(wěn)振動分析 309
8.2.3 失穩(wěn)轉(zhuǎn)速區(qū)間確定 312
8.2.4 影響失穩(wěn)門檻轉(zhuǎn)速的因素 314
8.3 帶積液轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定邊界 316
8.3.1 失穩(wěn)現(xiàn)象實驗復現(xiàn) 316
8.3.2 失穩(wěn)實驗特征分析 320
8.3.3 積液參數(shù)對失穩(wěn)振動的影響規(guī)律 322
8.3.4 帶積液轉(zhuǎn)子失穩(wěn)振動預警 324
8.4 工程應用中的要點 325
小結(jié) 326
參考文獻 326
第9章 結(jié)構結(jié)構耦合故障分析
9.1 構構耦合故障出現(xiàn)的部件 328
9.2 構構耦合的失穩(wěn)機制 330
9.2.1 內(nèi)阻尼失穩(wěn)機制 330
9.2.2 不同結(jié)構內(nèi)阻尼引起失穩(wěn) 331
9.2.3 失穩(wěn)原因的統(tǒng)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(zhuǎn)子運動方程 338
9.3.2 耦合故障振動特征的數(shù)值仿真 342
9.3.3 耦合故障的影響參數(shù)分析 342
9.4 工程應用中的要點 344
小結(jié) 344
參考文獻 345
第10章 高、低壓轉(zhuǎn)子的耦合故障
10.1 概述 346
10.2 帶中介軸承的雙轉(zhuǎn)子系統(tǒng)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(jié) 355
參考文獻 356
第三篇航空發(fā)動機健康管理技術
第11章 融合診斷
11.1 發(fā)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 特征層融合 362
11.2.1 氣路故障模式及其特征 363
11.2.2 振動故障模式及其特征 363
11.2.3 部件級的典型故障原因及融合特征 364
11.3 模式層融合 367
11.3.1 基于小偏差法的氣路故障判據(jù) 367
11.3.2 典型振動故障模式的判據(jù) 371
11.3.3 典型融合故障系數(shù)矩陣 373
11.3.4 故障的權重系數(shù)矩陣 374
11.3.5 發(fā)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(shù)據(jù)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(jié) 381
參考文獻 382
第12章 發(fā)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(wěn)波動模型 385
12.2.2 周期擺動模型 385
12.2.3 線性發(fā)展模型 387
12.2.4 階躍突起模型 388
12.3 基于趨勢模型的故障預測 389
12.3.1 線性發(fā)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(shù)據(jù)情況 393
12.4.2 垂直測點預測結(jié)果 394
12.4.3 水平測點預測結(jié)果 395
12.4.4 誤差分析 396
12.5 工程應用中的要點 397
小結(jié) 397
參考文獻 397
第13章 發(fā)動機健康狀態(tài)評價
13.1 發(fā)動機健康狀態(tài)識別的框架 399
13.1.1 健康狀態(tài)識別 399
13.1.2 評價指標 403
13.2 基于數(shù)理統(tǒng)計的識別方法 404
13.2.1 貝葉斯診斷理論