航空发动机故障机理及预测诊断方法研究

针对航空发动机安全性与可靠性问题，提出航空发动机故障机理及预测诊断方法研究，该项研究对于提高飞机运行安全性、可靠性、降低运营成本十分重要。首先，从民航发动机故障机理出发，研究其退化机理与建模；其次，针对民航发动机可测参数少使得故障区分困难的特点，提出基于热力模型和数据融合的混合故障诊断方法，将模型求解结果和可测参数数据融入诊断模型，增加诊断依据，同时考虑转子振动，分析常见故障频谱特征，进一步补充诊断依据；第三，针对航空发动机故障发生、发展过程的特点，研究趋势演化预测诊断的理论和方法，研究适用于航空发动机的趋势预测诊断算法；最后，研究预测诊断过程的不确定性，分析预测诊断结果可靠性，提出预测诊断性能评估方法，建立民航发动机故障预测诊断可靠性评价体系，预测诊断与可靠性评估方法构成完整的预测诊断模型。该项研究将为航空发动机预知维修奠定理论基础。

针对航空发动机安全性与可靠性问题，掌握典型部件的故障发生和发展机理、寻找有效的失效预防方法是提高航空发动机运行安全性、可靠性以及降低运营成本的重要手段。本项目研究了航空发动机故障机理及预测诊断方法，实施过程中严格按照项目计划书展开研究工作，目前已完成既定研究计划，取得的研究成果分为五个方面：（1）分析了航空发动机故障机理，建立了典型气路故障的热力学模型，通过引入部件故障因子建立了气路故障模型，建立了基于线性模型和非线性模型的性能退化模型，分析了转子系统典型振动故障机理，建立了航空发动机振动故障与征兆关系表，获得了振动故障与征兆的定量关系；（2）研究了基于模型和基于数据的混合诊断方法，建立了基于热力学模型和振动征兆的故障诊断方法，应用模式识别、神经网络、决策树等建立了基于数据的故障诊断方法；（3）发展了趋势演化预测诊断理论与方法，应用ARIMA模型、神经网络、灰色理论等方法形成了基于退化过程的参数预测方法，通过特征提取、参数降维、趋势演化过程预测等实现了预测诊断；（4）评估了诊断与预测诊断的不确定性与可靠性，利用模糊数学、粗糙集等分析了管理诊断和预测诊断过程中不确定性的方法，通过更新贝叶斯估计评价诊断和预测诊断不确定性；（5）设计了双转子试验台，在实验室条件下完成了双转子实验系统的建设。. 本项目在航空发动机退化建模、趋势预测诊断方法、诊断和预测诊断不确定性分析等方面取得了进展，研究成果对于明晰航空发动机退化机理、形成有效的预测诊断方法、管理预测诊断不确定性、提高预测诊断可靠性等方面具有重要意义。