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航空发动机故障诊断
定    价: ¥45.00
关 注 度: 0 库存状态: 未知 图书状态: 销售中
 
作    者: 邓明
出版时间: 2012-06      
版    次: 1 印    次: 1 字    数: 437千字
开    本: 787×960 1/16
纸    张: 1 ISBN: 978-7-5124-0681-0
 详细信息
 作者简介
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 图书简介

本教材是在西北工业大学飞行器动力工程专业“航空发动机故障诊断与可靠性”课程多年教学的基础上编写而成的。教材从航空发动机外场机务与维修工程的实际需要出发,介绍了外场航空发动机故障诊断工作中实际应用的各种诊断方法。其中,有基于故障方程的状态诊断方法,高速旋转机械普遍应用的振动诊断方法,仅见于航空发动机故障诊断的指印图分析方法、趋势图分析方法,对于机械设备状态监控及诊断非常有效的滑油分析技术等,还有处于智能诊断技术发展前沿的模糊诊断法和人工神经网络法等。根据工信部国防科工局下达的教材编写指南的要求,又增加了故障树诊断方法、故障特征提取方法和航空发动机故障诊断专家系统等内容。

本教材适用于航空动力工程及相关专业的本科生和研究生,对于从事航空发动机设计研究的科研人员和使用维护的工程技术人员也有参考价值。

 
 图书目录

 

1章绪论1
1.1发动机状态监控与故障诊断学1
1.1.1发动机状态监控与故障诊断学的发展1
1.1.2发动机故障诊断学的研究对象2
1.1.3发动机故障诊断学的主要任务2
1.2发动机状态监控与故障诊断系统2
1.2.1发动机状态监控与故障诊断学体系2
1.2.2状态监控与故障诊断的基础理论3
1.2.3发动机状态监控与故障诊断系统的组成6
1.3发动机监控系统的能力和效益8
1.3.1发动机监控系统的能力8
1.3.2发动机监控系统的效益10
1.4发动机性能参数的录取12
1.4.1典型EMS参数12
1.4.2基本EMS结构13
1.4.3发动机性能参数录取的基本要求14
1.5发动机的状态和故障15
1.5.1状态15
1.5.2状态量(状态参数)15
1.5.3故障的分类16
1.6发动机健康管理(EHM)系统简介16
1.6.1发动机健康管理的基本概念16
1.6.2国内外相关技术的研究概况、水平和发展趋势18
1.6.3发动机健康管理的主要研究内容18
思考题19
2章发动机状态诊断21
2.1发动机状态诊断概述22
2.1.1故障信息的传递过程22
2.1.2基本原理22
2.1.3基本方法23
2.1.4基本步骤23
2.1.5状态诊断的基本概念24
2.2故障方程25
2.2.1发动机故障模型的建立与求解的一般原则25
2.2.2发动机的原始数学模型26
2.2.3发动机的故障模型28
2.2.4故障因子29
2.2.5建立故障方程30
2.2.6建立经验故障方程32
2.3故障方程求解的数学基础38
2.3.1故障方程的病态问题39
2.3.2多元线性模型39
2.3.3最小二乘估计40
2.3.4统计假设和假设检验43
2.4故障方程的求解49
2.4.1故障方程求解的基本概念49
2.4.2故障方程的求解方法50
2.4.3合理解的选择53
2.5应用实例——JT9D发动机的性能监控54
2.5.1利用高斯法求解55
2.5.2利用有约束的最小二乘法56
2.5.3单因子的最小二乘法56
思考与练习题58
3章发动机振动诊断方法59
3.1振动监视系统概述60
3.1.1振动监视系统的组成60
3.1.2振动监视系统的监视和诊断功能60
3.2发动机的主要激振源61
3.2.1转子激振源61
3.2.2气动激振力62
3.2.3轴承激振源63
3.2.4齿轮激振源64
3.3信号分析基础64
3.3.1振动信号的分类64
3.3.2振动信号的时域特征67
3.4振动分析方法68
3.4.1相关分析68
3.4.2频谱分析72
3.4.3振动系统动态特性分析80
3.5故障诊断实例85
3.5.1旋转机械的振动诊断85
3.5.2齿轮缺陷的振动诊断95
3.6振动诊断仪器及发展97
3.6.1振动测试系统的组成97
3.6.2振动测试技术的发展100
思考与练习题106
4章航空发动机常用诊断方法107
4.1趋势图分析方法107
4.1.1趋势图的绘制109
4.1.2趋向分析110
4.1.3趋势图分析的不足112
4.2指印图诊断方法112
4.2.1指印图112
4.2.2指印图分析114
4.2.3故障诊断实例115
4.3滑油油样分析及故障诊断125
4.3.1油样分析概述125
4.3.2滑油理化分析129
4.3.3滑油铁谱分析132
4.3.4滑油光谱分析法143
4.3.5滑油屑末分析148
4.3.6应用实例152
4.3.7三种技术的比较160
4.4故障树分析法160
4.4.1故障树分析法基础160
4.4.2建造故障树166
4.4.3故障树的定性分析175
4.4.4故障树的定量分析181
4.4.5故障树分析法应用举例187
思考与练习题191
5章现代故障诊断方法192
5.1模式识别理论概述192
5.1.1简介192
5.1.2模式识别方法193
5.1.3模式识别系统194
5.2航空发动机故障特征提取方法196
5.2.1信号预处理196
5.2.2时域统计参数分析197
5.2.3频域分析198
5.2.4WignerVille分布198
5.2.5小波变换199
5.2.6转子不平衡故障的特征提取203
5.3模糊诊断原理及应用213
5.3.1模糊信息及其处理213
5.3.2隶属函数的确定217
5.3.3模糊诊断方法226
5.3.4模糊故障诊断实例230
5.4神经网络及其在故障诊断中的应用232
5.4.1神经网络概述232
5.4.2人工神经网络基础234
5.4.3前馈神经网络238
5.4.4其他神经网络概述243
思考与练习题243
6章故障诊断专家系统概论245
6.1专家系统概述245
6.1.1故障诊断专家系统的功能246
6.1.2故障诊断专家系统的结构246
6.1.3故障诊断专家系统的原理247
6.1.4故障诊断专家系统的诊断模型250
6.2知识的表示与获取253
6.2.1知识的表示253
6.2.2知识的获取255
6.3诊断推理机制256
6.3.1基于规则的诊断推理256
6.3.2基于模型的诊断推理257
6.3.3基于案例的诊断推理259
6.3.4不精确诊断推理261
6.4诊断专家系统的开发262
6.4.1专家系统开发简述262
6.4.2专家系统的结构和功能设计263
6.4.3专家系统的开发环境与工具264
6.4.4专家系统实例简介269
7章航空维修工程中的可靠性272
7.1概述272
7.2可靠性的基本概念273
7.2.1系统可靠性及其计算273
7.2.2可靠性与维修性275
7.2.3可靠性特征277
7.3航空发动机的可靠性278
7.3.1早期发动机采用的可靠性指标278
7.3.2民用发动机可靠性指标278
7.4可靠性理论在民航维修工作中的应用281
7.4.1以可靠性为中心的维修思想281
7.4.2可靠性管理285
7.4.3可靠性维修方案286
7.4.4性能标准(警告值UCL)的制定292
思考题295
附录296
参考文献297
 图书前言

由于航空发动机技术及结构的复杂性,其故障诊断问题一直是重要的疑难课题,战时影响到战斗力,平时影响营运的经济性和飞行安全。随着航空发动机性能的提高,诊断故障已经不能仅仅依靠经验和简单的检测技术,而必须系统地建立故障模型,利用科学的辨识方法来完成,其有关理论和方法已成为航空动力工程及相关专业学生的必备知识之一。而航空发动机与其他机械系统的故障诊断相比,又有许多特殊的和专门的方法,因此需要通过专门课程来讲授。

20世纪90年代中后期,国内涌现出许多有关航空发动机或机械设备故障诊断技术方面的教材或专著。其中,有些书籍内容涵盖面很宽,如黄文虎、夏松波等所著的《设备故障诊断原理、技术及应用》(1997),而另外一些书籍的内容则过专、过深,如周东华、叶银忠所著的《现代故障诊断与容错控制》(2000)和范作民、孙春林所著的《航空发动机状态诊断》(1996)等,均不适合于航空动力工程专业故障诊断课程的教学。航空发动机的故障诊断不仅要包括机械系统的故障诊断方法,如常用而有效的振动诊断方法,而且还必须包括气路系统的分析技术和状态诊断方法。由于航空发动机技术及结构的复杂性,模糊诊断方法和故障诊断的专家系统很早就得到了应用,指印图分析和滑油分析技术也是外场常用的基本方法。

密结合本科生教学需要和紧紧围绕航空发动机维修工程实际的内容组合是本教材的最大特色。它将系统讨论航空发动机故障诊断的特殊和专门的方法,其深度考虑到学生的知识水平和接受能力,注重理论联系实际,对每一种方法都引用了故障诊断的实例。

本教材有别于其他发动机故障诊断方面的教材,主要体现在以下两个方面:

1.它是直接适用于航空发动机的

具体地讲,其诊断对象是具有高速转子航空燃气涡轮发动机的气路和机械系统的故障。

2.它有别于发动机的无损探伤或无损检测技术

虽然它们都是无损的,也无需分解发动机,但与我们所依赖的信息数据来源不同。本教材所涉及的故障诊断主要是基于发动机状态的测试参数的,所以对机载设备没有额外要求,可以在飞行中实现。无损探伤或无损检测技术则需要数据采集系统以外的设备支持。但无损探伤或无损检测技术可以作为证实诊断结论和进行故障定位的技术手段之一,例如进行发动机分解以后的内场检验,证实结构是否损伤,涡轮导叶是否烧蚀,压气机叶片是否有裂纹等。

故障诊断的对象是成熟的并且工作状态稳定的发动机。在这个前提下,如果一台发动机在一定工作状态下的状态参数发生了变化,就意味着可能出现了某种异常或故障。如果一种型号的发动机经常出现某种异常工作状况,则认为该型号发动机一定存在设计缺陷。比如涡喷7发动机原来存在整机振动量普遍偏大的问题,压气机1级和4级工作叶片折断的问题,都不是本教材所涉及的故障诊断方法的研究对象。如果一种型号发动机的测试参数个体差异较大,比如两台发动机的排气温度在正常情况下、相同寿命阶段相差20 ℃以上,那么该型号发动机就不算成熟和工作状态稳定。这种差异至少说明发动机的制造技术水平没有达标。而在发动机测试中出现偏差是不可避免的,国外发动机的状态参数都有统计出来的标准偏差,因而测试误差的处理应该在诊断技术中解决。经常诊断的故障也可能是由性能衰退引起的,或者是发生概率极低的随机故障。这种故障不能通过改进设计来避免,或者说采取防范措施也得不偿失。比如某台发动机渐进的或突发的排气温度上升,某一型号发动机中偶尔出现的振动过量故障,等等。

本教材从航空发动机外场机务与维修工程的实际需要出发,介绍了外场航空发动机故障诊断工作中实际应用的各种诊断方法。其中:第1章介绍了故障诊断和健康监控的基本概念;第2章介绍了基于故障方程的状态诊断方法;第3章介绍了高速旋转机械普遍应用的振动诊断方法;第4章介绍了仅见于航空发动机故障诊断的指印图分析方法、趋势图分析方法和对于机械设备状态监控及诊断非常有效的滑油分析技术等;第5章讨论了处于智能诊断技术发展前沿的模糊诊断法和人工神经网络法等;第6章讨论了故障诊断专家系统的基本概念和开发平台;第7章介绍了与航空发动机安全性密切相关的可靠性的基本概念和判定性能指标异常的警告值计算公式。根据工信部国防科工局下达的教材编写指南的要求,还增加了故障树诊断方法、故障特征提取方法等内容,分别列在第4章和第5章。因为本教材是本科生和研究生兼用,所以部分内容的难度对于本科生来说偏大一些。本教材的编写宗旨是重在实际应用,内容的安排不求面面俱到,分析问题强调物理概念。为了便于使用,相关的基础知识、实用技术和应用技术尽量编排在内。

课程参考总学时为60学时。

同时,本书也非常适合航空发动机的使用、维修及设计人员使用。对于航空发动机的使用、维修人员,本书是他们保障发动机可靠工作的得力助手,因为故障诊断技术已经是实现视情维修、提高发动机可靠性的必要技术手段和前提条件。对于航空发动机的设计人员,本书有助于他们掌握应该为航空发动机的用户提供哪些状态监控和故障诊断方面的技术支持,因为有些技术支持在发动机设计时就要考虑到,例如我国现役的发动机系列,由于没有提供转子振动相位测试的设计,至今不能够实现发动机转子的整机平衡。在我国为发动机用户提供的技术文件里,通常也没有故障诊断技术方面的指南和培训资料,而这些文献在国外,是商用发动机制造商必须为用户提供的技术之一。本书也适合国防和军事院校的其他相关专业选用,如采用燃气涡轮发动机的巡航导弹、无人机、靶机和现代坦克等专业,并可供有关专业工程技术人员参考。

近些年来,航空发动机故障诊断技术伴随计算机技术、电子技术和人工智能技术的快速发展而不断进步,飞行器及动力系统的健康监控也对航空发动机故障诊断技术提出了更高要求。故障诊断技术将朝着人工智能、飞机发动机控制系统一体化和网络化的方向发展。这些都将为故障诊断技术的发展带来更广阔的空间。所以本教材的内容也需要不断地补充、修正和更新。

本教材的第4章4.3节由空军工程大学陈卫编写,第1章、第3章和第7章由沈阳航空技术大学金业壮编写,其余章节由西北工业大学邓明编写。邓明负责全书的统稿工作。

感谢西北工业大学王仲生教授和空军工程大学程礼教授给本书提出的宝贵意见。空军工程大学程礼和李全通编写的讲义对本书成形起了重要作用。

由于编者水平有限,难免有疏漏和错误之处,希望各位专家、同行和广大读者提出宝贵意见。

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