畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 1 頁 編號： 南京航空航天大學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 技 術(shù) 報 告 課題名稱 用 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測發(fā)動機性能趨勢 學(xué)生姓名 魏彬彬 學(xué) 號 30004101 專 業(yè) 民用飛機運用工程 班 級 300041 指導(dǎo)教師 陳 果 2004 年 6 月 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 2 頁 目 錄 摘要 . 3 . 4 第一章 緒論 . 5 第二章 民航發(fā)動機監(jiān)控技術(shù) . 6 航視情維修與民航發(fā) 動機監(jiān)控 . 6 航發(fā)動機主要監(jiān)控技術(shù) . 8 動機工作狀態(tài)監(jiān)控 . 9 動機振動監(jiān)控 . 10 輪發(fā)動機的滑油監(jiān)控 . 11 度影響因素分析 . 14 路參數(shù)監(jiān)控 . 16 第三章 基于 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)動機性能趨勢預(yù)測 . 20 P 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) . 20 P 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型 . 22 第四章 發(fā)動機性能預(yù)測實例 . 23 于 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測軟件 . 23 于 . 23 函數(shù)和主要語句的介紹 . 25 測實例 . 26 陽黑子數(shù)據(jù)預(yù)測 . 26 動機 據(jù)預(yù)測 . 27 動機滑油消耗率數(shù)據(jù)預(yù)測 . 27 結(jié)論 . 29 致 謝 . 30 參考文獻 . 31 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 3 頁 摘要 本論文的主要內(nèi)容包括：發(fā)動機性能衰減的常見方式，對發(fā)動機性能監(jiān)控采用的方法，需要監(jiān)測的參數(shù)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點，用途及分類，通過建立 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型訓(xùn)練參數(shù)以產(chǎn)生函數(shù)并達到對發(fā)動機性能預(yù)測的目的。 文中首先對當(dāng)前發(fā)動機性能預(yù)測方法進行闡述，確定了發(fā)動機性能監(jiān)測參數(shù)和指標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上建立了 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，以通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成 對發(fā)動機性能的預(yù)測。 本文采用 件來對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行了預(yù)測模型的設(shè)計和編程，并通過實際的發(fā)動機性能數(shù)據(jù)對模型進行了驗證和分析。結(jié)果表明了本文方法的正確有效性。 關(guān)鍵詞：發(fā)動機性能 預(yù)測 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 4 頁 of of ; be P of of of On s be P be In is is to P of is in 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 5 頁 第一章 緒論 性能衰退是發(fā)動機性能的負向變化，是發(fā)動機老化的象征，發(fā)動機投入使用后，由于各種原因造成耗油率增加，排氣溫度上升，推力下降等現(xiàn)象，稱為發(fā)動機性能衰退。發(fā)動機的使用性能逐漸下降。 發(fā)動機衰退是由幾種原因產(chǎn)生的，針對其起因，我們可以采取相對的方式進行預(yù)防或補救，進而減少、減緩發(fā)動機性能的衰退。在實際操作中，對發(fā)動機性能的監(jiān)控有油路分析，氣路分析，滑油質(zhì)量分析等手段 ，不同的方法所監(jiān)控的參數(shù)也各不相同，但相同的目的是通過參數(shù)的變化推測發(fā)動機的各部件性能，并及時發(fā)現(xiàn)或預(yù)防可能出現(xiàn)的故障。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種新的方法體系，具有分布并行處理、非線性映射、自適應(yīng)學(xué)習(xí)和魯棒容錯等特性，這使得它在模式識別、控制優(yōu)化、智能信息處理以及故障診斷等方面都有廣泛的應(yīng)用。通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對參數(shù)進行分析并預(yù)測，預(yù)測值和實際值吻合較好。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類有很多，現(xiàn)在實際通常用于發(fā)動機性能預(yù)測的主要是 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ,而本文主要介紹的是采用 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行預(yù)測的方法。 在結(jié)構(gòu)方面，文章 圍繞對發(fā)動機性能預(yù)測的主題進行說明，首先羅列了發(fā)動機性能衰減部件的種類及造成其衰減的原因，以及不同種類故障對監(jiān)測手段以及監(jiān)控參數(shù)；闡述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點，原理以及如何應(yīng)用 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成對發(fā)動機性能的預(yù)測；最后是發(fā)動機性能預(yù)測軟件的制作。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 6 頁 第二章 民航發(fā)動機監(jiān)控技術(shù) 航視情維修與民航發(fā)動機監(jiān)控 發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控，主要有以下四個發(fā)展階段： （ 1） 人工記錄 在飛機穩(wěn)定巡航狀態(tài)，由機組人工記錄駕駛艙儀表數(shù)據(jù)，然后錄入計算機，再利用 件進行分析。該方法易出現(xiàn)讀出、抄寫和輸入錯誤，工 作效率低，監(jiān)控參數(shù)少，存在時間差，準(zhǔn)確性差，數(shù)據(jù)的再開發(fā)利用比較困難。但是，費用較低。對飛機設(shè)備無特殊要求，易于制訂程序，它是早期發(fā)動機監(jiān)控的通用方式。 （ 2） 機載記錄 利用數(shù)字飛行記錄器（ 快速記錄器（ 連續(xù)記錄的參數(shù)重放，對發(fā)動機的工作狀況進行監(jiān)控，該方法避免了中間環(huán)節(jié)的錯誤，提高了性能監(jiān)控的準(zhǔn)確度，可隨時譯碼或重放，獲得大量數(shù)據(jù)，但獲得的發(fā)動機監(jiān)控參數(shù)種類和數(shù)據(jù)有限，不能選擇記錄器規(guī)定數(shù)據(jù)以外的參數(shù)監(jiān)控 （ 3） 飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng) 利用飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)（ 續(xù)監(jiān)控飛行數(shù)據(jù)鏈（ 匯 總數(shù)據(jù)，以報告的方式記錄。該方法操作簡單，監(jiān)控范圍廣，減少了輸出的數(shù)據(jù)量，提高了精度。但最初投入費用高，對監(jiān)控人員的專業(yè)水平要求高。 （ 4） 實時監(jiān)控和人工智能 飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)（ 飛機通性尋址和報告系統(tǒng)（ 用，實時將發(fā)動機工作狀態(tài)傳遞給地面維修工程部門，同時利用人工智能系統(tǒng)進行故障隔離和判斷，及時分析研究，并采取措施。該方法除具有飛機狀態(tài)監(jiān)控的優(yōu)點外，還增加了“實時（ 性，能及時分析研究并采取措施，地面能對機組的操作及時給予指導(dǎo)，提前做好地面維修準(zhǔn)備。這樣可以提高飛行安全 性。減少地面維修停場時間。 以上四種方法，實際上反映了發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控的發(fā)展過程，該過程可形象的表示為圖 由 100的人工監(jiān)控發(fā)展到 100的機器監(jiān)控，形成了完善的監(jiān)控方法。發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控主要包括系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)采集；采集的數(shù)據(jù)由單個的點參數(shù)改變?yōu)橼厔輩?shù)；使用計算機網(wǎng)絡(luò)，又使監(jiān)控數(shù)據(jù)構(gòu)成全機隊的綜合數(shù)據(jù)庫。機載記錄和飛機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，均可用以下幾種方式獲取數(shù)據(jù)：機載打印機；快速存取記錄器轉(zhuǎn)錄或取下光盤（光 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 7 頁 學(xué) 取下機載數(shù)據(jù)裝載器（ 軟盤。還可以通過飛機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)實時取得數(shù)據(jù)。 圖 動機監(jiān)控的發(fā)展 現(xiàn)代民用民航發(fā)動機采用視情維修策略，必然要求實行狀態(tài)監(jiān)控工作。實行狀態(tài)監(jiān)控的具體意義如下： （ 1）幫助調(diào)查由下述原因造成的問題 由于發(fā)動機工作小時數(shù)和循環(huán)次數(shù)的增長或氣路損傷造成的發(fā)動機氣路狀態(tài)的改變； 控制系統(tǒng)和引氣系統(tǒng)的故障； 判斷儀表故障。 （ 2） 及時有效的維修，將單個發(fā)動機性能指標(biāo)與整個機隊的發(fā)動機性能機隊比較；針對發(fā)動機性能監(jiān)控發(fā)現(xiàn)的問題，及時和有效地進行維修，可以減少發(fā)動機空中停車、飛機延誤和取消，以及發(fā)動機的非計劃拆換。 （ 3）幫助平衡發(fā)動機送修（進廠）的工作量和費用。 （ 4）根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的結(jié)果而形成的維修決策，既可控制計劃維修中的“早修”，又可防止“失修”。 （ 5）以許多定期監(jiān)測點代替計劃維修中的定期維修點，因而減少了材料消耗和維修工作量?？杀苊庑蘩聿划?dāng)而引起的人為故障，從而保障了設(shè)備的可靠性。 （ 6）以可靠性理論為依據(jù)，以狀態(tài)監(jiān)控結(jié)論為前提，可有針對性地實施修理或保養(yǎng)。發(fā)動機監(jiān)控的主要好處可以用圖 圖 示： 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 8 頁 圖 動機監(jiān)控的好處 圖 型發(fā)動機監(jiān)控的經(jīng)濟效益 航發(fā)動機主要監(jiān)控技術(shù) 現(xiàn)代航空公司的發(fā)動機一般采用視情維修方式，視情維修的重要基礎(chǔ)就是及時掌握發(fā)動機的工作狀況，也就是對發(fā)動機進行狀態(tài)監(jiān)控。發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控是對發(fā)動機的工作狀態(tài)參數(shù)進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常信息，通過分析、判斷異常及時發(fā)現(xiàn)、排除故障和潛在故 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 9 頁 障，保障航空安全，延長發(fā)動機的裝機壽命，同時也可節(jié)約維修費用。 發(fā)動機的監(jiān)控包括下面幾個方面 :(1)發(fā)動機工作狀態(tài)監(jiān)控，通常由發(fā)動機的指示系統(tǒng)來完成 ;(2)發(fā)動機振動監(jiān)控 ;(3)滑油監(jiān)控 ;(4)度影響因數(shù)分析 ;（ 5） 發(fā)動機氣路參數(shù)分析，即目前各發(fā)動機廠家所采用的“飛機發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)”。 動機工作狀態(tài)監(jiān)控 對發(fā)動機工作狀態(tài)的監(jiān)控通常包括發(fā)動機工作參數(shù)和發(fā)動機各系統(tǒng)工作狀況的顯示及相應(yīng)的警告信息。在老型飛機上，這些通常在駕駛艙內(nèi)的儀表板上顯示。顯示的發(fā)動機工作參數(shù)包括發(fā)動機的主要工作參數(shù)，如 :轉(zhuǎn)速、發(fā)動機壓比 (排氣溫度 (燃油流量，發(fā)動機的次要參數(shù)如 :滑油量、滑油壓力和溫度。這些顯示不僅為駕駛員對發(fā)動機的控制操縱提供了必要的顯示和反映，而且也顯示了發(fā)動機的工作和健康狀況，從中可以看出發(fā)動 機工作是否正常，有沒有出現(xiàn)超轉(zhuǎn)、超溫等現(xiàn)象或征兆。發(fā)動機各系統(tǒng)的顯示通常包括油濾填塞警告 ,啟動活門開 關(guān)指示 ,防冰活門開 關(guān)指示等。 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)動機的指示系統(tǒng)也由當(dāng)初的機械電氣式儀表發(fā)展到模擬電子線路式和現(xiàn)代的由計算機控制的“發(fā)動機指示和機組警告系統(tǒng) (。波音公司首先在其 機上采用了這套技術(shù)。 顯示屏替代了原先的儀表板，它不僅能顯示有關(guān)發(fā)動機的工作情況的參數(shù)，而且還能顯示有關(guān)發(fā)動機維護的信息，告戒警告信息和與飛機派遣有關(guān)的發(fā)動機狀況的信息。 維護信息 :此信息供地 勤人員使用，在飛行中這些信息被抑制。其主要是用來幫助維護人員排除故障和檢查主要系統(tǒng)的情況，并記錄飛行中發(fā)生故障時各系統(tǒng)的工作參數(shù)，以便在地面維護時讀出。維護人員通過維護選擇面板來選擇所要看的系統(tǒng)的情況。 狀況信息 :飛機派遣前作檢查或地勤人員維護時使用此信息，來檢查發(fā)動機是否滿足派遣條件，或幫助維護人員采取必要的維護措施。其所顯示的內(nèi)容可通過控制面板來選擇，除發(fā)動機的信息之外，還有與飛機各系統(tǒng)有關(guān)的信息，如 :方向舵、襟翼、副翼等的位置。 在工作過程中， 算機還能根據(jù)對輸入 統(tǒng)的參數(shù)的監(jiān)控情 況，自動產(chǎn)生警告 (告戒 (提醒 (種警告信息，以便讓駕駛員及時了解發(fā)動機的異常情況，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。 （ 1）警告信息 :表示一種要求立即采取修正或補償措施的工作情況。是警告信息中最 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 10 頁 嚴重的，如發(fā)動機火警。這種信息通常用紅色文字顯示，且伴有警告聲音。 （ 2）告戒信息 :表示要求駕駛員即刻知道并應(yīng)很快就應(yīng)采取修正或補償措施的工作情況。其告警等級稍低于警告信息，通常用琥珀色文字來顯示，且無警告聲音。 （ 3）提醒信息 :只是為駕駛員提供一些不正常的工作情況，以便在適當(dāng)?shù)?時候予以改正，此信息也用琥珀色文字來顯示。為了與告戒信息區(qū)別，其顯示格式與告戒信息不同。 在發(fā)動機工作過程中，若某些參數(shù)超限， 但可以給出相應(yīng)的告警信息 (包括文字、燈光和聲音三種 )，而且還會自動儲存超限情況 (包括超限的最大值，持續(xù)時間及相關(guān)的其他參數(shù) )。地面維護時，把這些記錄讀出，以幫助維護人員分析超限原因及故障排除方法。但這種存儲要受內(nèi)存空間的限制，維護人員應(yīng)根據(jù)維修手冊的要求定期檢查存儲情況，以避免存儲數(shù)據(jù)的丟失。 動機振動監(jiān)控 渦輪發(fā)動機的轉(zhuǎn)子是由盤、軸、葉片等零部件組裝而成。 這些部件在加工制造過程中都有一定的偏差，相應(yīng)組裝成轉(zhuǎn)子后，也不可能作到完全平衡，而發(fā)動機轉(zhuǎn)子是一高速旋轉(zhuǎn)部件，這種不平衡在旋轉(zhuǎn)過程中就會產(chǎn)生一定程度的振動。發(fā)動機生產(chǎn)廠家對轉(zhuǎn)子都有一定的不平衡度要求，發(fā)動機出廠時都應(yīng)滿足此要求，并且廠家也規(guī)定了發(fā)動機在使用過程中所允許的最大振動值，只要發(fā)動機的振動值不超過此限制值，則是允許的。 發(fā)動機在使用過程中，由于磨損或損傷等原因也會引起轉(zhuǎn)子的振動，因此在飛機上，都裝有發(fā)動機振動監(jiān)控系統(tǒng)，用來監(jiān)測發(fā)動機的振動情況。發(fā)動機的振動監(jiān)控系統(tǒng)包括振動信號傳感器，振動信號分析儀和 振動指示三部分。振動信號傳感器裝在發(fā)動機上能感受發(fā)動機振動的部位，如軸承的支承座、渦輪機匣或風(fēng)扇機匣等。振動信號傳感器有三種，位移型、速度型和加速度型。在現(xiàn)代渦輪發(fā)動機上用的最多的為加速度型振動傳感，這種振動傳感器是利用壓電晶體的壓電效應(yīng)來感受振動信號的。在選擇振動信號傳感器時，方向敏感性是應(yīng)考慮的一個重要因素。當(dāng)發(fā)動機工作時，振動信號傳感器感受到振動時，就會產(chǎn)生一個電信號。對于加速度型振動信號傳感器，其產(chǎn)生的信號正比于加速度的大小。這一信號被送到振動信號分析儀，在這里經(jīng)濾波，對應(yīng)于發(fā)動機的高低壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 ，把信號分成不同的波段，然后對不同的頻率波段進行連續(xù)跟蹤，找 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 11 頁 出其中最大的振動值，并把此值傳給顯示裝置。萬一出現(xiàn)振動過大，則給出警告信息 (在統(tǒng)中 )，以告知駕駛員，或自動儲存起來，以方便維護人員檢查。 發(fā)動機振動增加或超限，可能由下列原因造成 : （ 1）工作葉片折斷或部分損壞。如風(fēng)扇葉片或壓氣機葉片的外來物損傷。 （ 2）工作葉片安裝不合適，尤其是現(xiàn)代渦扇發(fā)動機的風(fēng)扇葉片，可在外場更換。安裝時一定要小口，確保各部件都要安裝得恰當(dāng)?shù)轿弧?（ 3）轉(zhuǎn)子上有部件丟失，如螺栓、螺帽等。 （ 4）工作葉片或轉(zhuǎn)子變形。 （ 5）轉(zhuǎn)子軸承不同軸或軸承磨損。 （ 6）在單元體更換時，聯(lián)軸器的安裝或聯(lián)接螺栓擰緊不當(dāng)。 發(fā)動機振動監(jiān)控系統(tǒng)為機組和維護人員提供了一個連續(xù)不斷的發(fā)動機振動指示，一旦發(fā)現(xiàn)振動值有不斷增加的趨勢或突然增加，則說明發(fā)動機結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了故障，應(yīng)及時采取措施排除故障。 輪發(fā)動機的滑油監(jiān)控 渦輪發(fā)動機的滑油監(jiān)控，一般包括監(jiān)控 : （ 1）滑油系統(tǒng)工作狀態(tài)。 （ 2）滑油中的金屬屑。 （ 3）滑油的品質(zhì)狀況。 滑油系統(tǒng)工作狀態(tài)參數(shù)監(jiān)控是通過機身上的機載設(shè)備來完成的，另外兩項是利用地面實驗室中的設(shè)備離線分析來完 成的。 （ 1）滑油系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)控 滑油壓力是滑油系統(tǒng)中的一個重要參數(shù)，它直接影響潤滑油量的大小，近而影響潤滑效果和冷卻效果，所以對滑油壓力的測量在早期活塞發(fā)動機上就有。在渦輪發(fā)動機上不但有滑油壓力指示，而且還有滑油壓力低警告指示。當(dāng)滑油壓力低到一定值時，此指示會給出顯示，以提醒駕駛員，并且作為強制性命令，發(fā)動機廠家都有規(guī)定 :當(dāng)滑油壓力低到一定值時，發(fā)動機必須停車?；凸苈仿┯突蛴捅霉收系仁窃斐捎蛪旱偷脑蛑弧?滑油溫度也是一個很重要的參數(shù)。滑油溫度不但能反映發(fā)動機軸承和齒輪等的工作 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 12 頁 狀態(tài)，影響滑油的粘度 ;而且，滑油溫度過高還會改變滑油的特性 (焦化、氧化 )或損壞軸承的封嚴?；蜏囟燃纯稍诠┯吐飞蠝y量，也可在回油路上測量。在渦輪發(fā)動機上通常采用燃油 /滑油熱交換器來冷卻滑油，所以散熱器中燃油管路的堵塞、空氣滑油散熱器表面很臟都會造成滑油溫度升高。另外，滑油通氣系統(tǒng)堵塞也會造成滑油溫度升高。 對于滑油量的監(jiān)控，早期一般在滑油箱上采用油尺或目視鏡，由地面維護人員在作日常維護時來檢查油箱的滑油量。但現(xiàn)代的渦輪發(fā)動機在駕駛艙中也設(shè)有滑油量指示，在發(fā)動機工作過程中，其可提供連續(xù)不斷的滑油量指示。通過對滑油量的監(jiān)控，可發(fā)現(xiàn)滑 油消耗量的變化趨勢。軸承封嚴的損壞或滑油冷卻器的故障都會造成滑油消耗量加大。因此，滑油消耗量的變化情況反映了發(fā)動機內(nèi)部的磨損情況。 滑油系統(tǒng)的另外一個警告是油濾旁通警告?；椭械碾s質(zhì)或滑油溫度太低都會造成油濾的堵塞。油濾上裝有旁通活門，當(dāng)油濾堵塞到一定程度時，旁通活門會打開，以保證滑油旁通過油濾而繼續(xù)流動。在油濾的進、出口裝一個壓差電門，其感受油濾進出口的壓差，當(dāng)此壓差達到或接近油濾旁通活門打開壓差時，此電門閉合，而使駕駛艙內(nèi)的滑油濾旁通警告指示燈亮，以提醒駕駛員油濾已堵塞。飛機回場后，維護人員應(yīng)及時采取措 施，排除故障。有的發(fā)動機在油濾殼體上還設(shè)有機械式油濾旁通指示器 (或叫彈出式油濾堵塞指示器 )，以便維護人員在做維護 /檢查時及時發(fā)現(xiàn)問題。 （ 2）滑油中金屬屑的分析 發(fā)動機在運轉(zhuǎn)過程中，盡管有滑油潤滑，但相互接觸的運動部件之間還是存在一定的磨損，因此，在滑油中可能懸浮有金屬顆粒。若磨損嚴重，還會引起某些零件掉皮或掉塊。尤其是發(fā)動機的主軸承，有可能出現(xiàn)掉皮或滑蹭現(xiàn)象。一般滾棒軸承容易出現(xiàn)的故障為掉皮或由于疲勞而引起的疲勞剝落 (麻點 )。這種損傷產(chǎn)生的金屬顆粒較大，直徑在100 到 1 000 微米范圍之內(nèi)，容易發(fā)現(xiàn)和區(qū)分 。而滾珠軸承的損傷所產(chǎn)生的顆粒較小。軸承滑蹭所產(chǎn)生的金屬顆粒的直徑一般小于 25 微米，但若不及時排除，則會引起軸承的快速磨損。因此，通過對滑油中金屬顆粒的分析可判別磨損的類型。 滑油中金屬顆粒分析的目標(biāo)是預(yù)測發(fā)動機將要出的故障，而不是當(dāng)發(fā)動機已經(jīng)送修了，再對滑油進行分析來確定故障。對滑油中金屬顆粒的監(jiān)控可分為兩大類 :一類為機載的金屬屑監(jiān)控設(shè)備，如磁性屑探測器，即在回油路的不同部位設(shè)置磁性屑探測器來搜集這些金屬屑，維護人員定期對磁性屑探測器進行檢查，若發(fā)現(xiàn)金屬屑超量或塊大，則說明發(fā)動機內(nèi)部磨損嚴重或有損傷，應(yīng)及 時采取措施。有的磁性屑探測器還配有控制電 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 13 頁 路，當(dāng)金屬屑量多了或有大塊的，則電路接通，在駕駛艙里給出警告。另外通過分析附著在油濾上的雜質(zhì)，也可判斷發(fā)動機內(nèi)部的磨損情況。隨著監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，一些新的機載金屬屑探測器如離心式顆粒分離器、金屬屑量監(jiān)控器等也會被應(yīng)用到發(fā)動機上。另一類為維護人員利用滑油取樣，在實驗室中進行的滑油分析。如 : （ 1）滑油光譜分析。因為發(fā)動機中的部件是由合金制成的，而組成合金的主要元素有鋁、鐵、鉻、銅、錫、鎂、鉛、鎳等。每種金屬顆粒在電弧或火花的激發(fā)下都會發(fā)出特定的光譜，譜線的位置和波長對應(yīng)一 定的金屬，而光的強度，則反應(yīng)了此金屬的含量。在作光譜分析時，應(yīng)嚴格按維護手冊的規(guī)定來取滑油樣品。通常是在發(fā)動機停車后，對發(fā)動機進行勤務(wù)之前，從油箱中無沉淀的地方取樣。 （ 2）滑油鐵譜分析。此種方法是利用顯微鏡來觀察滑油中金屬顆粒的大小、形狀和金屬顆粒的分布規(guī)律，以此來分析判斷發(fā)動機內(nèi)部的磨損情況。 （ 3）滑油品質(zhì)監(jiān)控 渦輪發(fā)動機使用的滑油為人工合成滑油，是由礦物質(zhì)油和從動植物中提取的二元酸酯混合而成，而不是純礦物質(zhì)滑油。在長期使用過程中滑油可能被氧化、酸化、分解，或被燃油稀釋，從而改變它的特性，影響滑油效果 。通過觀察滑油顏色的變化或在實驗室中的化學(xué)分析，可判斷滑油是否變質(zhì)，是否能繼續(xù)使用。新鮮航空滑油的顏色較明亮，使用后由于氧化所生成的膠質(zhì)及沉淀的影響，會使滑油變暗。如果滑油氧化強烈，它就變?yōu)榈t色。嚴重過熱時，還可能聞到滑油燒焦的味道，且它里面還會有小的黑顆粒，而使滑油變成暗黑色。在作化學(xué)分析時，一定要注意取樣的方法、設(shè)備和取樣的頻率。 若能很成功地對滑油系統(tǒng)進行監(jiān)控，則可有效地預(yù)估和預(yù)防發(fā)動機故障，提高發(fā)動機的使用壽命，提高維護的靈活性，降低維修成本。 滑油消耗率計算公式 目前航空公司都采用如下的公式作為 滑油消耗率的計算公式。 I 滑油消耗率 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 14 頁 是滑油添加量 是此次滑油添加 和上次滑油添加量之間，發(fā)動機所在飛機的飛行時間 而這樣計算得到的一系列發(fā)動機滑油消耗率波動較大，不便于分析，為了更好的分析采用將連續(xù) 5 次的滑油消耗率求個平均值，作為第 5 次的滑油消耗率，如下面的公式。 5_50 i 滑油消耗率的平均值 第 i 次的滑油消耗率 度影響因素分析 從發(fā)動機的設(shè)計角度分析，發(fā)動機性能衰退的主要原因有三個：泄漏損失、輪廓改變和表面光潔度變化引起的損失 18。 空氣泄漏 空氣泄漏是發(fā)動機效率降低、性能衰退的主要原因?？諝庑孤┘劝l(fā)生在轉(zhuǎn)子葉片尖部同機匣之間，又發(fā)生在靜子葉片同轉(zhuǎn)子之間。泄漏量的增加主要是由于轉(zhuǎn)子和靜子刮磨引起。 流路臺階 在流路中向前的臺階引起激波損失，通常應(yīng)避免。 表面光潔度 光滑的表面光潔度對性能有較小的影響。當(dāng)光滑的表面逐漸變得 粗糙，從某一值開始衰退增加，光潔表面變得越粗糙，衰退量越大。 從發(fā)動機使用角度分析，發(fā)動機性能衰退主要由以下原因造成的： 飛機氣路的原因 指氣流通過壓氣機、燃燒室及渦輪時，由于個別單元體的效率下降，或者由于整個核心機隨使用時間增加而導(dǎo)致效率下降，從而引起排氣溫度升高。 油系統(tǒng)的原因 由于燃油系統(tǒng)的故障，如噴嘴安裝位置誤差或積炭致使霧化不良造成局部超溫；燃 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 15 頁 油計量裝置故障使 受錯誤信息致使油量增大等等都可造成 溫或局部超溫現(xiàn)象。 故障方面原因 指發(fā)動機處于故障狀態(tài)工作時引起的 溫，比如鳥撞或外 來物致葉片損失，起飛滑跑時發(fā)生喘振、起動過程中提早關(guān)閉放氣活門或不該打開時打開放氣活門等都有可能使 人為因素致使 實踐證明，發(fā)動機超溫大多數(shù)是人為原因造成的。 環(huán)境變化引起 如高海拔低氣壓地區(qū)，嚴寒條件下啟動，或和或空氣中水分、鹽分及微塵含量過高等都會使 提高 作為發(fā)動機用戶的各個航空公司主要采用降低排氣溫度的方法來提高 度，目前能有效降低 高壓渦輪主動間隙控制技術(shù) 壓氣機或渦輪的動葉葉尖徑向間隙是影響 重要因素之一，通過提高發(fā)動機高壓渦輪間隙來提高 ，例如 減推力起飛 根據(jù)飛機的負載和其他情況，在一般大氣溫度和航空安全的前提下，來降低起飛推力，從而大大增加 度，這項措施有較高的實用價值。 發(fā)動機清洗 通過對發(fā)動機進氣道、風(fēng)扇葉片及整個核心機氣路用一定壓力的水（或溶液）沖洗，一般可獲得 5 度，個別可達 15之多。此方法簡單省時收效快，被航空公司所廣為采用。 風(fēng)扇葉片及防磨帶檢查 目前常用渦輪發(fā)動機風(fēng)扇產(chǎn)生推力占總推理力的 80左右，一旦風(fēng)扇 效率下降對推力影響較大，且直接影響 此加強對風(fēng)扇葉片機防磨帶檢查，可提高風(fēng)扇效率從而降低排氣裕度。 大修中提高 度 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 16 頁 當(dāng)發(fā)動機大修時，根據(jù)各單元體對 度的影響，制定不同的維修方案，提高度。 路參數(shù)監(jiān)控 民航發(fā)動機的核心部件是氣路系統(tǒng)部件，包括壓氣機、燃燒室、渦輪。氣路部件的一些熱力參數(shù)可反應(yīng)發(fā)動機性能變化，如：溫度（發(fā)動機進氣溫度，發(fā)動機排氣溫度）、壓力、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、燃油流量等。這些參數(shù)可由機載設(shè)備直接采集，也叫做發(fā)動機可測參數(shù)。氣路參數(shù)分析就是在起飛階段和巡航階段分別 分析參數(shù)的變化情況，再把這些參數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的數(shù)值與發(fā)動機廠家所給定的該型發(fā)動機的標(biāo)準(zhǔn)性能參數(shù)進行比較，看偏差的變化情況。通過對偏差的分析以及偏差變化趨勢分析，來判斷發(fā)動機健康狀況，實現(xiàn)對發(fā)動機的監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差異常或參數(shù)的變化趨勢異常，并分析出產(chǎn)生異常的原因，為預(yù)防和排除故障提供依據(jù)。表 出了一般情況下民航發(fā)動機在起飛階段和巡航階段需要監(jiān)控的氣路可測參數(shù)。 表 航發(fā)動機氣路監(jiān)控參數(shù)列表 飛行階段 監(jiān)控參數(shù) 參數(shù)解釋 起飛階段 度 起飛階段的排氣溫度裕度 度 起飛階段的高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速裕度 巡航階段 差 基線值的偏差 差 基線值的偏差 差 燃油流量與基線值的偏差 差 基線值的偏差 發(fā)動機氣路參數(shù)分析 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 17 頁 民航發(fā)動機氣路上的參數(shù)（壓力、溫度等）和發(fā)動機各氣動部件的特性（效率、流通能力等），兩者間存在嚴格的氣動熱力學(xué)關(guān)系。因此，可以通過測量氣路參數(shù)的變化判斷發(fā)動機部件特性的變化。一般情況下，氣路參數(shù)分析包括參數(shù)偏差分析、參數(shù)偏差趨勢分析和參數(shù)裕度監(jiān)控。 參數(shù)偏差分析是根據(jù)可測參數(shù)的偏差來估計性能參數(shù)的偏差， 從而達到分析發(fā)動機性能變化的目的。 可測參數(shù)值的升高或下降反映了發(fā)動機性能的變化。監(jiān)控參數(shù)發(fā)展趨勢也是數(shù)據(jù)分析的重要內(nèi)容。一般情況下，趨勢分析是綜合分析多個參數(shù)的變化趨勢，這是因為發(fā)動機是個有機的整體，各個性能參數(shù)之間是密切相關(guān)的，變化趨勢的組合反映了性能變化的不同情況。表 巡航狀態(tài)下 民航發(fā)動機的三個重要參數(shù) 變化趨勢監(jiān)控。 表 能參數(shù)趨勢監(jiān)控 參數(shù)變化趨勢 民航發(fā)動機可能的性能衰退情況 P 4 P N C UP C 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 18 頁 2 If no GT P C UP C If no GT N N 1. P , N . C . C . P . . 航發(fā)動機氣路可測參數(shù)裕度監(jiān)控主要是起飛狀態(tài)下的 度監(jiān)控。飛機在起飛過程中，發(fā)動機的排氣溫度 (著外界溫度的升高而升高。在平推力點以后，為防止發(fā)動機排氣溫度隨著外界溫度升高而繼續(xù)升高，避免達到或超出發(fā)動機的紅線，即發(fā)動機超溫，將依靠減少推力來保持發(fā)動機排氣溫度 (本恒定，起飛 度即為發(fā)動機排氣溫度 (離發(fā)動機紅線值的差值。如有起飛 度，那么在高度恒定條件下，無論外界溫度如何變化，發(fā)動機的排 氣溫度都不會達到或超出紅線值，即不會發(fā)生發(fā)動機超溫。因此，起飛狀態(tài)下的 度是民航發(fā)動機性能狀態(tài)的主要衡量指標(biāo)。 氣路參數(shù)分析一般都是利用計算機來完成的。需要記錄和分析的參數(shù)包括發(fā)動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，發(fā)動機排氣溫度 (發(fā)動機壓比 (燃油流量，發(fā)動機振動值，滑油溫度、壓力和滑油量，發(fā)動機引氣狀態(tài)，可調(diào)進口導(dǎo)向葉片和可調(diào)靜子葉片的位置，發(fā)動機維修情況 (如單元體的更換 )等。另外，在對數(shù)據(jù)進行處理時，還需要一些與飛行有關(guān)的參數(shù)，如 :大氣溫度、壓力，飛行高度，飛行速度，飛行狀態(tài)等。這些參數(shù)記錄的準(zhǔn)確 程度直接影響分析結(jié)果的好壞。因此，參數(shù)的記錄和輸入是一個關(guān)鍵的問題，必須要嚴格控制數(shù)據(jù)的精度。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 19 頁 目前數(shù)據(jù)的記錄與輸入有兩種方式 :一種是人工記錄與輸人，即由飛行員在飛行過程中根據(jù)要求記錄需要的參數(shù)，然后由地面監(jiān)控人員再把數(shù)據(jù)輸入計算機。這種方法由于記錄的原因，可能會存在一定的誤差，從而影響分析結(jié)果 ;另一種方法為自動記錄和輸入，即利用機載的飛行數(shù)據(jù)記錄儀 (數(shù)字式飛行數(shù)據(jù)獲取裝置(自動記錄數(shù)據(jù)， 然后再把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到磁帶或計算機用的軟盤上，輸人計算機，這種記錄方法可完全按分析程序的要求準(zhǔn)確地記錄所需的參數(shù)。將來的發(fā)展趨勢是利用現(xiàn)代通信設(shè)備，把自動記錄的數(shù)據(jù)從飛機上直接發(fā)送到地面的計算中心，實現(xiàn)對發(fā)動機工作的實時跟蹤監(jiān)控。 輸入到計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，計算后，給出 :(1)巡航狀態(tài)下，發(fā)動機參數(shù)分析。 (2)起飛狀態(tài)，發(fā)動機參數(shù)分析，即起飛 度計算或起飛海平面高度大氣溫度極限值 (S 算，并根據(jù)用戶的要求，生成所監(jiān)控參數(shù)的變化趨勢圖，自動生成報警信息等。這樣用戶可根據(jù)趨勢圖或報警信息 ，來分析所監(jiān)控參數(shù)的偏差情況，并根據(jù)對偏差大小的分析以及偏差的變化趨勢，判斷發(fā)動性能衰退情況以及有無故障，或哪些故障引起的此偏差，使用戶能及時找出故障原因，以便合理地計劃發(fā)動機換發(fā)，更好地利用維護車間，避免不必要的拆裝，提高工作效率，縮短維修時間，降低維修成本。 綜上所述，通過對發(fā)動機的監(jiān)控，不僅能為發(fā)動機的操縱提供指示和反應(yīng)，顯示發(fā)動機的工作狀況，而且更主要的是通過充分利用監(jiān)控技術(shù)，能有效地分析、判斷發(fā)動機的健康狀況，為發(fā)動機的使用、維護提供可靠的、可信的參考依據(jù)。 另外，從各種的監(jiān)控方法我們可以看出 ,對 發(fā)動機的監(jiān)測通常并不需要做大量的檢測和觀測 ,只需要通過對一些關(guān)鍵的參數(shù)進行監(jiān)測和測量 ,通過不同參數(shù)的變化 ,以確定發(fā)動機相應(yīng)的部件的工作狀態(tài) ,即通過參數(shù)的變化即可推測出發(fā)動機上的部件的性能的變化 ,所以 ,如果我們能對發(fā)動機已有的參數(shù)進行預(yù)測 ,也就能對發(fā)動機的實際性能進行預(yù)測。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 20 頁 第三章 基于 經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)動機性能趨勢預(yù)測 P 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種新的方法體系，具有分布并行處理、非線性映射、自適應(yīng)學(xué)習(xí)等特性，這使得它在模式識別、控制優(yōu)化、智能信息處理以及故障診斷等方面都有廣泛的應(yīng)用。 目前 ,神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)的研究可以分為理論和應(yīng)用研究兩大方面。 其中 ,應(yīng)用研究可分為以下兩類 ： 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟件模擬和硬件實現(xiàn)的研究。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在各個領(lǐng)域中應(yīng)用的研究，這些領(lǐng)域主要包括模式識別、信號處理、知識工程、專家系統(tǒng)、優(yōu)化組合、智能控制等。 隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論本身以及相關(guān)理論、相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，身機關(guān)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用必將更加深入和廣泛。 （ 1） 神經(jīng)元模型 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本單元稱為神經(jīng)元，它是對生物神經(jīng)元的簡化與模擬。神經(jīng)元的特性在某中程度上決定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的總體特性。大量簡單神經(jīng)元的相互連結(jié)皆構(gòu)成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。一個典型的具有 R 維輸入的神經(jīng)元 模型可以用圖 以描述。 圖 經(jīng)元模型 由圖可見一個典型的神經(jīng)元由五部分組成。 1) 輸入 2 個輸入。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 31 頁 第 21 頁 2) 網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值 1， 2 ， R 代表網(wǎng)絡(luò)權(quán)值，表示輸入與神經(jīng)元間的連結(jié)強度；i為神經(jīng)元閾值，可以看做是一個輸入恒為 1 的網(wǎng)絡(luò)權(quán)值。 3) 求和單元 求和單元完成對輸入信號的加權(quán)求和，即 1這是神經(jīng)元對輸入信號處理的第一個過程。 4) 傳遞函 數(shù) 在圖 f 表示神經(jīng)元的傳遞函數(shù)或激發(fā)函數(shù)，它用語對求和單元的技術(shù)結(jié)果進行函數(shù)運算，得到神經(jīng)元的輸出，這是神經(jīng)元對輸入信號處理的第二個過程。 5) 輸出 輸入信號經(jīng)神經(jīng)元加權(quán)求和及傳遞函數(shù)作用后，