基于认知环的航空发动机健康管理系统设计
内燃机与配件
1概述
随着发动机技术的不断推进和发动机性能的不断提
高，发动机的结构日益复杂，对当前航空发动机系统的可
靠性、经济型以及维修保障性提出了重大的挑战。根据NASA的统计资料表明，发动机故障在所有飞机机械故障
中的比例高达1/3[1]。同时以传统定期维护方式进行发动机
维护存在效率低且消耗不必要资源的情况。因此，在航空
发动机领域提出了健康管理技术研究的需求。
健康管理技术是在早期发动机状态监视基础上逐步
发展起来的。健康管理技术不仅能够对发动机的各个截面
的状态进行监测和故障诊断，同时具有趋势预测和发动机寿命管理的功能[2]。发动机健康管理技术，实现了从传统定
期维护方式到视情维护的转变，成为发动机安全性、可靠
性的必要保障措施。2发动机健康管理系统需求分析
根据调查表明，国外发动机健康管理系统已经达到工程验证阶段，到21世纪初，欧美等国在B787、A380项目
中实施了健康管理概念，同时健康管理系统配备于发动机F119、F135，得到了成功的应用[3，4]。上述事实表明健康管理系统能够有效的提高发动机的安全性、可靠性，同时能够大大降低在维修方面的经济成本。发动机的安全性、可靠性、以及可维修性均是发动机在使用和维护中的重要指
标[5]。目前，我国健康管理系统仍处于初期研制阶段。结合目前航空发动机与飞机的具体情况，在发动机健康管理系统总体设计中提出了以下需求。要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
作者简介院杨旭（1987-），女，吉林辽源人，工程师，硕士，主要从事航空发动机健康管理系统设计。基于认知环的航空发动机健康管理系统设计
杨旭
（中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所，沈阳110015）
摘要院健康管理渊PHM冤技术是保障发动机安全性尧可靠性的一项关键技术遥本文首先阐述了发动机健康管理系统的重要性袁结合当前发动机研制需要袁分析了PHM系统需求遥然后袁结合OODA环思想提出了一种基于认知环的健康管理系统架构袁根据机载系统和地面系统的特点设计不同的系统功能袁并分别进行阐述遥最后袁总结了基于认知环的健康管理系统架构的优缺点和未来的发展趋势遥关键词院健康管理曰OODA曰认知环
3结语
本次试验通过对同一款喷嘴在不同工况下的水喷雾
与汽油喷雾的喷雾微观特性进行研究，给出了在不同背景
压力、不同喷射压力、不同背景温度、不同喷射温度下的喷
雾的索特平均直径、累积体积分布的变化规律。试验得到
结论如下：淤随着喷射压力的升高，喷雾与环境气体之间的相互
作用增强，水与汽油的SMD减小；随着背景压力的升高，
水与汽油喷雾的SMD先增大后减小。在相同工况下，水喷
雾的SMD均大于汽油。水喷雾的平均SMD比汽油大27.1%。主要原因是具有更高粘度、密度与表面张力的水滴
较油滴更不易破碎。于在不同背景压力下，水喷雾与汽油喷雾具有相似的
规律。当背景压力从1bar提升到2.5bar时，水与汽油的SMD随背景压力的升高而增大，喷雾雾化质量变差；当背
景压力从2.5bar提升到3.5bar时，水与汽油的SMD随背
景压力的升高而减小，喷雾雾化质量变好。盂随着背景温度与流体温度升高，水与汽油的SMD
均减小，喷雾中小尺寸的水滴体积占总体积增多，到达到
某一体积百分比的粒子的直径随着背景温度与流体温度
的增大而减小，喷雾雾化质量变好，这表明背景温度与流
体温度的升高能够改善雾化质量。
参考文献院[1]佚名.博世水雾喷射系统改善发动机油耗及性能[J].汽车工
程师，2015（5）：6.[2]FajgenbaumR,SantosRGD.Influenceoffueltemperatureonatomizationparametersinapressure-swirlatomizerfromaportfuelinjectorbyShadowgraphytechnique[J].JournaloftheBrazilianSocietyofMechanicalSciences&Engineering,2015,38（7）：1-16.[3]李雯霖，武奎，张叶娟，董德磊，曹建明.柴油和生物柴油微
观喷雾特性比较研究[J].汽车实用技术，2017（18）：4-6.[4]郭恒杰，李雁飞，李莉，等.棕榈油生物柴油掺混燃料宏观
与微观喷雾特性[J].内燃机学报，2015（5）：385-392.[5]徐威.背压对柴油/生物柴油喷雾特性影响的试验研究[D].
长安大学，2016.[6]袁璐瑶.喷水技术在发动机中的应用研究[J].内燃机与配
件，2017（10）：91-93.图10不同喷射温度下累积体积
分布·30·InternalCombustionEngine&Parts
图1OODA过程首先，航空发动机在工作状态下能够对发动机各个截面、各个工作状态进行实时监控，及时发现异常或失效情况。其次，健康管理系统应能够对发动机异常和失效进行
分析，对未来可能发生的故障进行提前预警，并给出分析
信息。在对诊断方面应能够实现广范围的故障诊断特征。
再次，健康管理系统应对发动机各部分机械结构的情
况进行记录和监控，便于视情维护的实现。
最后，健康管理系统应具备对发动机性能进行评估的
功能，提供机务人员可使用的维修建议，实现视情维护的
目的。3基于认知环的健康管理系统架构
根据航空发动机对健康管理系统的需求，结合OODA
环概念，本文提出了一种基于认知环的健康管理系统架
构。OODA（Observe、Orient、Decide、Act）是人对外部事物认
知、反应的过程，包括观察、判断、决策和行动[6，7]，如图1所
示。OODA过程通过观察当前状态，利用知识确定外部事
物，并结合知识产生决策，执行动作，反作用于观察，形成
自动认知的过程，该过程的核心是知识，知识是事实、规则
和概念的集合，通过知识进行判断和决策[8，9]。本文描述了
基于认知环的PHM系统架构，即将OODA环思想应用于PHM系统中，利用具有包含专家知识经验、故障诊断特征
等知识的知识库，将控制系统与PHM系统进行集成，使PHM系统具有自动认知、自动执行的特性，实现发动机失
效、故障等事件的处理和预防，达到提高发动机可靠性、安
全性、可维护性的目的。
基于认知环的PHM系统架构可以从功能实现上划分
为观察层、判断层、决策层、执行层，和核心的知识库组成。
根据健康管理硬件设备物理位置可以分为机载PHM系统
和地面PHM系统。（图2）3.1机载PHM系统结构
机载PHM系统中，观察层主要实现获取发动机及飞
机系统的数据的功能。机载PHM系统与控制系统集成，共
同完成PHM系统的数据获取功能。系统不仅接收控制系
统发送的控制参数，同时能够通过发动机不同位置安装的
专用传感器，使PHM系统具备获取发动机部件数据的能
力，直接获取数据，提高PHM系统获取数据的完整性。在
机载PHM系统设计中，需要考虑获取数据的实时性和有
效性。在执行飞行任务过程中，数据的实时性的重要程度高于数据的全面性。
判断层使用实时数据，将数据转化为信息，判断当前
发动机的工作状况，实现发动机状态监测、故障诊断、趋势
分析、寿命统计的功能[10]。判断层需要将数据转化为信息，
即将数据经过一系列的加工，如分析、归纳、比较、分类、联
想或计算等处理。PHM系统中，将数据分发到不同的功能
模块，将数据经过不同的处理，形成信息。在状态监测功能
上，通过对数据进行参数阈值的计算与比较，判断当前发
动机各截面温度、压力等是否异常，将转换后的信息输出。
故障诊断功能主要根据故障特征比对、统计规则和精简模
型进行计算，判断当前是否出现发动机故障。采用大规模
的发动机模型计算发动机故障，能够全面的对发动机故障
进行分析，但存在时间过长的隐患，在飞行过程中将导致
不可估量的损失。在机载故障诊断功能实现上，考虑飞行
过程实时性需求的限制，同时考虑硬件结构、硬件性能、软
件效率等因素限制，在设计机载故障诊断功能时，不采用
复杂的大规模的发动机模型进行计算，采用多种知识融合
的方式，包括故障特征库比对、模型、统计规则等多种知识，
作为故障判断的依据，这样能够在保证实时性的同时，尽可
能的覆盖发动机故障特征群，保证飞行的安全性。趋势分析
功能在机载PHM系统中仅完成简单趋势相关参数的存储
功能。寿命统计功能主要为发动机维护提供必要的数据基
础，对发动机飞行的时间，飞行中出现的故障进行统计。
决策层通过判断层传递的信息，即机载PHM系统中
通过状态监测、故障诊断、寿命统计等计算结果，利用知识
库中的知识，提供保证当前发动机安全应执行的操作，或
提供机务人员可使用的操作和维修建议的过程。决策层生
成的告警信息或需要执行的操作均由执行层完成。这里为
使PHM系统具有自适应性，需要将控制系统与PHM系统
进行交联。决策层能够对控制系统下达操作的指令，以达
到保证发动机安全的目的。但是由于控制系统直接影响飞
行安全，为防止PHM系统的错误操作，需对执行操作的风
险进行评估，若置信度较低，则将信息送给机务人员进行
后续操作。
执行层主要对决策层发出的指令进行执行。主要根据
决策层和机务人员的指令对发动机的各执行机构进行操
作。在指令操作完成后，将反作用于观察层，形成闭环，使
发动机PHM系统具备自适应特性。
知识库是该系统架构的核心，是故障诊断、趋势分析、
寿命管理等功能的理论依据。知识是通过实践认识到的客
观世界规律性的东西。这里的知识主要是发动机故障特
征、算法、模型等综合信息的综合。知识库用于存放知识。
在机载知识库中主要包括各参数的阈值范围、发动机故障
特征参数集、发动机模型、专家经验等内容。3.2地面PHM系统结构
地面PHM系统结构同机载PHM系统结构一样，但由
于地面PHM系统不受实时性限制，在观察层以获取全面
的发动机数据为主线。在判断层，地面PHM系统硬件设备
性能制约因素较少，在对数据处理分析方面能力远远高于
机载PHM系统。这里能够实现高精度的大规模的计算，实
现发动机故障诊断、趋势分析和寿命管理的功能，如大数·31·
航空发动机健康管理系统及其标准分析
68航空动力 I Aerospace Power
2019年 第1期发动机健康管理┃Engine Health Management
Analysis of Aero Engine Health Management & Its Standards航空发动机健康管理系统及其标准分析
■ 王伟生 肖金彪/中国航发动研所航空发动机健康管理（EHM）是指最大限度地利用航空发动机不同的数据资源，对发动机的故障进行诊断、健康状态进行预报，从而增强飞行任务的安全性、可靠性，提高发动机的使用效率，减少发动机的使用维护费用和维修时间。航空发动机健康管理发展过程航空发动机健康管理（EHM）系统经历了从状态监视、故障诊断到预测与健康管理的逐步发展和完善过程。民用航空发动机健康管理系统的发展美国在20世纪60年代末开始研究航空发动机状态监视和故障诊断系统，20世纪70年代开始在民用航空发动机上应用并取得成功，提高了飞行安全和航班运营效率。电子技术和计算机技术的迅速发展，也大大促进了航空发动机的状态监视和故障诊断技术的发展。到21世纪初，欧美等国在波音787、空客A380项目中提出并实施了预测与健康管理概念，标志着航空发动机的视情维修和安全性、维修性与经济性监视已进入了一个新的阶段。GE公司的GEnx发动机和罗罗公司的遄达900发动机所应用的健康管理系统是现代EHM系统的典型代表，由机载部分与地面部分共同组成。该健康管理系统功能高度集成，机载部分首次采用在发动机上安装的方式并借助飞机通信寻址和报告系统，实现基于Web的远程监控与诊断，这些特征也是近几年EHM系统的主流发展方向。军用航空发动机健康管理系统的发展GE公司1969年开始研制的T700-GE-700和T700-GE-701涡轴发动机已能进行基本的状态监视，完成一些重要部位的故障诊断。T700-GE-701C发动机的控制系统由数字电子控制器（DECU）和机械液压装置（HMU）组成，并配置一个历史记录仪，其健康监视功能主要由DECU及历史记录仪实现。此外，GE公司在1979年开始为F404-GE-400涡扇发动机设计的机载发动机状态监视系统（IECMS）是一个实时的发动机监视系统。20世纪80年代随着发动机和计算机技术的发展，发动机监视系统日益成为一种标准配置。普惠公司自1982年开始发展F100-PW-200发动机的状态监视系统，到1987年该系统实现了与飞机综合与后勤数据库的兼容，系统继续得到扩大和改进。美国空军的发动机健康监视系统可管理所有类型的军用发动机，其扩展型增加了发动机参数趋势分析，并向全世界100个空军基地提供发动机诊断和趋势分析功能软件。20世纪80年代末90年代初，欧洲四国开始联合研制先进双转子加力式涡扇发动机EJ200，该发动机的设计要求中除了强调高推重比和低耗油率之外，特别强调高可靠性、耐久性和维修性以及全生命周期费用的降低，因此对EJ200发动机提出了状态监视和故障诊断能力的要求。事实上，EJ200发动机具有的状态监视功能已经比较完善，但其功能并非由EHM系统单独实现，而是集成在全权限数字式电子控制（FADEC）系统中，由FADEC系统实现状态监控和故障诊断功能。作为美国第四代战斗机F-22的配套动力，普惠公司为F119发动机研制了诊断与健康管理（DHM）系统，该系统除具有状态监视功能外，还具有比较完善的故障诊断能力，只是还没有达到足够的诊断精度，也未规定明确的考核指标。F135发动机是在F119发动机的基础上发展而来，除了具备完善的状态监视和故障诊断能力外，还提出了故障预测的要求，并且也具备了一定的预测能力。预测是EHM系统区别于以往发动机监视诊断系统
航空发动机健康管理系统研究与应用
航空发动机健康管理系统研究与应用
近年来，随着民航业的快速发展，航空安全问题越来越受到社会和政府的严肃关注。其中，航空发动机是飞机能否安全起降的关键因素之一。因此，发动机健康管理系统的研究和应用变得至关重要。
一、发动机健康管理系统的定义和意义
发动机健康管理系统指的是一种管理和监测发动机状态的技术系统，它可以通过收集、处理、分析发动机运行数据，评估发动机的健康状况并提供预警信息，从而实现对发动机的全生命周期管理。发动机健康管理系统的应用可以提高发动机可靠性、延长使用寿命、降低维护成本和提升安全性能。
二、发动机健康管理系统的研究和发展现状
目前，国内外航空公司和机构已经开展了大量的研究和应用实践，形成了较为完善的技术体系和管理模式。其中，美国航空航天局（NASA）和欧洲航空防务集团（EADS）是全球发动机健康管理技术的先进单位，其开发的健康管理软件已被广泛应用于各种类型的航空发动机。国内也有多家企业投入研发，如汉阳航空发动机有限责任公司、中航工业测控技术研究所等。
三、发动机健康管理系统的研究方法和技术手段 发动机健康管理系统的研究主要包括以下几个方面：
1、发动机运行数据的收集和分析：通过安装传感器记录发动机运行数据，并采用信号处理技术提取信息。
2、故障检测和诊断：通过建立故障模型和运用机器学习算法实现故障诊断和预测，从而提高发动机的可靠性。
3、健康评估和预警：通过实时分析发动机数据，判断其健康状态，并预测未来可能的故障情况，提供预警信息。
4、维修保养管理：通过发动机健康管理系统提供的健康状态信息，制定针对性的维修保养计划，延长发动机寿命并降低维修成本。
四、发动机健康管理系统的应用情况
目前，发动机健康管理系统已经在国内外多家航空公司、机构和发动机制造商得到广泛应用，具有重要的经济效益和安全保障意义。以航空工业集团旗下的歼-20战斗机为例，其使用的国产涡扇-10C发动机就采用了自主研发的健康管理系统，保证了歼-20战斗机飞行安全和维修保养的高效性。
航空发动机试验数据管理系统设计
航空发动机试验数据管理系统设计
一、引言
二、系统需求分析
1.数据采集：系统需要能够实时采集发动机试验数据，并将数据存储在数据库中。
2.数据存储：系统需要能够对采集到的数据进行分组存储，以便后续的数据分析和检索。
3.数据查询：系统需要提供多种查询功能，包括按照时间、试验类型、试验参数等条件进行查询。
4.数据分析：系统需要提供数据分析功能，包括数据曲线绘制、趋势分析、异常检测等功能。
5. 数据导出：系统需要支持将数据导出为Excel等常见格式，以方便用户进行进一步的分析。
三、系统设计
1.数据采集
系统通过与发动机试验设备进行接口通信，实时获取发动机试验数据。采集到的数据以采样频率进行存储，每个数据点包含时间戳和相应的试验参数值。
2.数据存储 系统使用关系型数据库来存储采集到的数据。数据库中的表结构包括试验编号、试验时间、试验类型、试验参数等字段。同时，系统还需要设计试验设备管理表和用户管理表，用于管理试验设备信息和用户权限。
3.数据查询
系统提供了多种查询功能，用户可以根据试验时间、试验类型、试验参数等条件进行查询。系统通过SQL查询语言来实现数据的高效检索。
4.数据分析
系统提供数据分析功能，包括数据曲线绘制、趋势分析、异常检测等功能。用户可以选择不同的试验参数进行分析，并将结果图表化展示。系统通过调用数据分析算法实现这些功能。
5.数据导出
系统支持将查询到的数据导出为Excel等常见格式。用户可以选择导出的试验参数和时间范围，并将导出的数据用于进一步的分析。
四、系统实施和应用
系统的实施需要开发人员进行程序编写，并确保系统的稳定性和可靠性。系统可以部署在本地服务器或云服务器上，用户可以通过浏览器或客户端进行访问。
该系统可以广泛应用于航空发动机试验数据管理领域。试验工程师可以通过系统对试验数据进行管理和分析，在发动机设计和性能优化中发挥重要作用。同时，该系统还可以用于故障排除和质量控制等方面。
航空发动机健康管理及故障诊断研究
航空发动机健康管理及故障诊断研究
航空发动机是飞机的核心部件，其性能和可靠性直接影响着飞行安全和运行效率。因此，航空发动机的健康管理和故障诊断研究成为航空工程领域的重要研究方向。本文将探讨航空发动机健康管理及故障诊断的相关技术和研究进展。
一、航空发动机健康管理的重要性
航空发动机健康管理是为了确保发动机在整个使用寿命周期内保持良好的工作状态，提高飞机的可用性和可靠性。健康管理旨在通过对发动机的性能监测、故障预警和维修决策等方面的研究与应用，延长发动机的使用寿命，减少停飞时间，降低维修成本，提高航空公司的运营效益。
二、航空发动机健康管理的技术方法
1. 发动机性能监测技术
发动机性能监测是通过收集和分析发动机运行参数数据，实现对发动机工作状态的监测和评估。其中，监测参数包括发动机转速、温度、振动等，通过对这些参数的监测和分析，可以判断发动机是否存在异常工况和偏离设计值的情况，从而及时采取措施进行调整和维护，确保发动机运行在安全和高效的状态。
2. 故障预警技术
故障预警是通过对发动机性能监测数据的实时分析和处理，利用故障诊断模型和算法进行故障预测和提前预警。这可以在发动机故障发生之前，通过监测数据的异常变化和特征提取，判断是否存在故障风险，并及时通知维护人员采取相应的修复措施，以避免故障的发生和对航班安全的影响。
3. 维修决策技术
维修决策是指在发动机故障诊断和预测的基础上，利用专家知识和经验，制定维修计划和方案。维修决策的目标是最大限度地降低维修成本，同时保证航空公司的飞行安全和运营效益。维修决策技术包括预防性维修、修复性维修和条件性维修等，根据发动机的工作状态和维修要求，选择最优化的维修方案，以实现全寿命周期的健康管理。
三、航空发动机故障诊断的研究进展
随着航空发动机的复杂性和性能要求的提升，发动机故障诊断技术也得到了广泛应用和研究。目前，航空发动机故障诊断的研究主要包括以下几个方面。 1. 数据驱动故障诊断方法
基于SOA的航空发动机健康管理系统设计
第７卷第１０期 ２０１１年ｌＯ月 中国安全生产科学技术 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖ０１．７ Ｎｏ．１０ Ｏｃｔ．２０１１
文章编号：１６７３—１９３Ｘ（２０１１）一１０一叭ｌ２—０７
基于ＳＯＡ的航空发动机健康管 理系
黄艳芳 ，王建荣。，吴瑞金 ，颜景龙
（１．北京理工大学机电学院，北京１０００８１） （２．陆军航空兵学院，北京１０１１２１） （３．装备指挥技术学院，北京１０１４１６） （４．中国兵器工业集团系统总体部，北京１０００８９） 统设计
摘要：为了解决航空发动机健康管理过程中存在的效率低、费用高、资源相对缺乏等问题，实现 航空发动机全生命周期的健康管理，将面向服务的架构（ＳＯＡ）引入到航空发动机健康管理领域 中，提出基于ＳＯＡ的航空发动机健康管理系统的架构模型，实现不同软件平台的资源共享、降低系 统间的耦合性、增加系统的扩展性和伸缩性，缩短了开发时间。结合某航空发动机企业的具体网 络环境，设计实现了基于ＳＯＡ的系统集成方法，给出了详细的工作流程，验证了该体系的有效性， 指出ＳＯＡ在航空发动机健康管理系统开发与应用中的重要价值。 关键词：航空发动机；ＳＯＡ；面向服务的体系结构；健康管理；系统集成 中图分类号：Ｘ９２４．４ 文献标识码：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ ｈｅａｌｔｈ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＯＡ
ＨＵＡＮＧ Ｙａｎ．ｆａｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｊｉａｎ．ｒｏｎｇ ，ＷＵ Ｒｕｉ－ｊｉｎ ，ＹＡＮ Ｊｉｎｇ．１ｏｎｇ４
（１．Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１，Ｃｈｉｎａ） （２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｒｍｙ Ａｖｉａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０１ １２１，Ｃｈｉｎａ） （３．ｔｈｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｍａｎｄ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０１４１６，Ｃｈｉｎａ） （４．Ｎｏａｈ Ｃｈｉｎａ Ｓｙｓｔｅｍ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８９，Ｃｈｉｎａ）
航空发动机健康管理系统的快速原型设计
第４ｏ卷第４期 ２０１４年８月 航空发动机 Ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ Ｖｏ１．４０ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１４
航空发动机健康管理系统的快速原型设计
张冬冬，黄金泉，鲁峰
（南京航空航天大学能源与动力学院，南京２１００１６）
摘要：针对航空发动机健康管理系统传统设计方法周期长、成本高等问题，提出了面向健康管理系统的快速原型设计方法，构
建了基于虚拟仪器语言和快速原型技术的航空发动机健康管理系统快速原型仿真平台。以ＣｏｍｐａｃｔＲｌ０平台为核心，在实时响应最
高的现场可编程门阵列（ＦＰＧＡ）环境下设计了信号接口单元，模拟发动机真实传感器值，并提供了基于Ｗｉｎｄｏｗｓ平台的健康管理软
件实时开发环境，可以将健康管理算法快速部署下载至硬件平台。结果表明：此健康管理系统的快速原型设计方法是切实有效的，
为扩展成为完全的硬件在回路（ＨＩＬ）仿真的平台奠定了基础，有较好的工程实用价值。 关键词：健康管理；快速原型仿真平台；故障诊断；信号接口单元；ＣｏｍｐａｃｔＲｌＯ；航空发动机
中图分类号：Ｖ ２３３．７ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３４７７／ｊ．ｃｎｋｉ．ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ．２０１４．０４．０１７
Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｈｅａｌｔｈ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ
ＺＨＡＮＧ Ｄｏｎｇ—ｄｏｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｊｉｎ—ｑｕａｎ，ＬＵ Ｆｅｎｇ （ＣｏＮｅｇｅ ｏｆＥｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ。Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｓｗｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｌｏｎｇ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｙｃｌｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｃｏｓｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｄｅｓｉｇｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ ｈｅａｌｔｈ
航空发动机全生命周期健康管理技术发展分析
随着航空发动机功能结构越来越复杂，以及用户对发动机的安全性、可靠性的要求越来越高，健康管理系统成为先进航空发动机的重要组成部分，该技术的成熟与工程化应用对航空发动机的全生命周期具有显著的提升作用。
航空发动机结构复杂、工作环境恶劣，主要工作零部件承受着较高的离心负荷、气动负荷以及振动交变负荷等，同时还受到外来物的冲击，以及风沙、潮湿、盐雾的侵蚀，引起发动机的性能下降、疲劳损伤增多，甚至产生叶片断裂、轮盘破损等危及发动机及飞机安全的事故。据统计，发动机一次返厂大修需要数百万元人民币的费用支出，给企业带来巨大的经济损失。为了确保飞行安全，业界从20世纪60年代开始对航空发动机开展健康状态的监测，逐步发展到现在的发动机健康管理系统，如图1所示。例如，F135发动机应用健康管理技术后，排故时间从F119发动机的20 min缩短到15 min，比现役的F110、F100等发动机排故时间缩短94％，显著提高了发动机维修性和装备可用率。可见，发动机健康管理系统已成为提高装备完好率，降低维护成本，实现自主后勤和智能维护等新型维修保障模式的主要支撑技术。
图1 航空发动机健康管理系统 航空发动机健康管理技术概述
航空发动机健康管理是指通过机载系统和非机载系统中的传感、采集、处理、分析等手段，提供航空发动机气路、滑油、振动、寿命等方面的实时或近实时信息，实现状态监测、故障诊断、趋势分析和寿命管理等功能，从而提醒用户注意可能影响安全运行的状况，有针对性地安排检查维修、排除异常故障、改进功能性能、预测备件需求，进而提高航空发动机和飞机的安全性、可靠性与维修性。
健康管理系统的功能
健康管理的主要功能包括状态监视、故障诊断、趋势分析、寿命管理和使用维护，如图2所示。
图2 发动机健康管理的功能 状态监视功能是分析机载实时获取的发动机参数，对参数与机载发动机模型对比分析，判断参数是否存在超限和异常增量特征，将判断结果记录在机载事件报告中，飞行结束后将报告发送给地面系统，指导维护人员开展相关检查和维护工作。
一种云环境下的发动机健康管理系统及其应用
一种云环境下的发动机健康管理系统及其应用
周利敏;闫国华;瞿红春
【摘 要】针对航空公司对大量飞机发动机进行健康管理的需求,通过建立发动机健康管理云端数据中心,建立了一种云环境下的民航发动机健康管理系统,该系统对于验证发动机故障诊断方法的有效性具有突出优势,并且对于实现多种方法协同进行发动机故障诊断具有重要价值;提出了一种基于灰色关联分析的灰色故障识别方法,通过在云端平台使用灰色故障识别方法实现JT9D-7R4发动机的典型气路性能故障诊断为例,表明云环境下的发动机健康管理系统可以有效地进行航空发动机故障诊断.
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2014(022)012
【总页数】3页(P3926-3928)
【关键词】云计算;发动机健康管理系统;故障诊断;灰色关联分析
【作 者】周利敏;闫国华;瞿红春
【作者单位】中国民航大学航空工程学院,天津300300;中国民航大学航空工程学院,天津300300;中国民航大学航空工程学院,天津300300
【正文语种】中 文
【中图分类】TP391.4
0 引言 随着航空公司运营的飞机数量增多，实现快速高效地对飞机运行中的大量发动机性能数据进行分析，从而掌握发动机部件性能的变化趋势，对于部件的故障诊断和维修具有重要意义。以发动机气路部件为例，发动机健康管理系统实时监控的性能参数数据是进行发动机气路性能故障预测和诊断的基础，已有相关的故障诊断方法［1－2］，但是均没有考虑到充分地应用已知的发动机故障类型以及当前机载发动机健康管理系统在数据存储容量方面的局限性。
云计算技术在大数据分析［3］以及高性能计算［4］方面具有突出的优势，发展迅速，在工业和信息等领域具有广泛的应用前景［5］。因此本文以云环境下的发动机气路性能故障分析为例，使用已知的发动机故障类型建立标准故障模式数据库，并储存在云端数据中心，飞机运行期间的发动机实时监控性能参数同步传输到云端数据中心，在云端计算中心以使用灰色关联分析方法为例，建立一种云环境下的发动机健康管理系统，为云计算技术在航空领域的应用进行探究。
航空发动机的故障诊断与健康管理研究
航空发动机的故障诊断与健康管理研究
航空运输一直是人们出行的主要方式之一，而航空发动机作为飞机的“心脏”，直接关系到飞机的安全性和可靠性。因此，对于航空发动机的故障诊断和健康管理研究具有非常重要的意义。本文将从航空发动机故障的概念和分类、故障诊断技术和发动机健康管理等方面进行介绍和探讨。
一、航空发动机故障的概念和分类
航空发动机故障是指发动机在飞行过程中受到某种因素的影响，使得其不能正常地运转或无法满足设计要求，从而导致飞行安全隐患或发动机寿命缩短。根据故障的发生原因和性质，可以将航空发动机故障分为以下几类：
1.机械故障：发动机内部或外部部件损坏或失效所引起的故障。
2.电气故障：发动机供电系统或控制系统等电气元件发生故障所引起的故障。
3.燃油故障：燃油系统中的故障，例如燃油泵、喷油器等失效。
4.轴承故障：轴承摩擦或磨损所引起的故障。
5.振动故障：由于机械自身设计或外部因素所引起的振动故障。
6.温度故障：发动机工作温度超限或部件温度失控所引起的故障。
7.其它故障：包括各种未分类的意外或故障。
二、故障诊断技术
航空发动机故障诊断技术主要是通过采集、传输、存储和处理发动机运行数据，进行故障分析和诊断。根据故障诊断技术的不同特点和应用场景，可分为以下几类：
1.传统故障诊断技术：基于经验，结合运行数据和故障历史记录，通过专家系统或故障树分析等方法，对发动机故障进行判断和预测。 2.模型预测技术：基于数学模型和机器学习算法，利用运行数据和历史数据对发动机状态进行预测和分析。
3.结构健康监测技术：利用各种传感器和监测系统，对发动机结构和材料进行实时监测和分析，以发现隐藏的故障。
4.无人机检测技术：通过搭载传感器和检测设备的无人机，进行发动机外观和内部故障检测和评估。
三、航空发动机健康管理
航空发动机健康管理是指通过对发动机的实时监测和数据分析，预测发动机寿命和预防故障，提高发动机性能和可靠性，延长发动机使用寿命的一项技术。航空发动机健康管理主要包括以下几个方面：
航天发射场设备健康管理系统的功能模块设计
航天发射场设备健康管理系统的功能模块设计
设备健康管理是一个新理念。从设备的前期投入到维修维护，再到设备的报废，都看成是一个完整的周期，尽可能地让这个周期产生的效益最大化，也就要实现设备一生的最优化。有效的设备健康管理扩展到超出设备状态监测和维修的范围，而深入到设备的规范化、科学化和智能化管理之中，即从传统的以“修”为主的思路转变到以“管”为主、“修管”结合的思路上来。在这种新的思路的指导下，针对航天发射场测发系统中关键设备及其特定的运行环境，航天发射场迫切需要建立设备健康管理系统，核心思想是通过整合设备管理规章制度和业务流程，紧密结合状态监测、维修、使用和环境等信息，对涉及设备健康的因素进行全过程控制，对维修活动进行计划和优化[1-4]。
1 主要功能要求
航天发射场设备健康管理系统的主要功能要求如下[1，3，5]：
1.1 将与设备健康管理相关的资产管理、运行管理、维修管理、备件管理等工作进行一体化计算机管理，形成设备整个寿命周期的完善的基础管理体系，完善的数据信息体系及其统计报表体系。
1.2 支持设备的图形化部位分解，通过图形指引的方式，可以方便查看、管理并修正单台设备各个部位的相关运行维修标准、故障发生、维修及零部件更换记录等信息。
1.3 根据在线监测的报警，设备可以主动寻求维护。可设置进行多种形式的告警，便于管理人员在同时出现不同设备不同级别的报警时可以有重点、有先后地进行处理，首先处理最严重的告警。每次告警的详情都有记录，每次告警解决也必须有记录。各监测设备的报警信息非常直观地显示在主控界面上，详细的告警信息及当前告警设备第一时间显示在主操作界面，并且可立即通过各种多媒体方式发出报警信息，例如现场声光报警等多种方式。
1.4 维护人员可以方便查找数据记录或管理日志。将维修结果录入，日常工作处理的同时就是航天发射场知识体系构建的过程。可以详细记录监控设备的运行参数、报警记录并定期备份数据，形成历史数据图表。