曲文浩 QU Wen-hao
（海军驻沈阳地区发动机专业军事代表室，沈阳 110043）
（Navy Station in Shenyang Military Representative Office on Engine，Shenyang 110043，China）
摘要： 航空发动机是各种飞机的动力装置主要组成部分，被称为飞行器“心脏”。作为机械与电子高度融合的航空发动机，在使用过程中性能会出现不同程度的衰退。但如何方便快捷地计算出衰退的进程及其程度是很困难的。为解决这一难题，在性能衰退评估中采用排气温度这一单一参数，并建立其有关数学模型，简便有效地解决使用中的困惑。
Abstract: Aero-engine is the major component of the power unit of all kinds of aircrafts, and is called the "heart" of aircraft. Aero-engine highly integrates machinery and electronics, and its performance will decline in its service. But it is difficult to calculate the degradation process and degree. To solve this problem, the single parameter of exhaust temperature is used in the degradation evaluation and relevant mathematical model is established to solve the problems in a simple and effective way.
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关键词 ： 航空发动机；性能衰退；数学模型；评估方法
Key words: aero engine；performance degradation；mathematical model；evaluation methods
中图分类号：V231.91 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）34-0037-02
作者简介：曲文浩（1983-），男，辽宁鞍山人，工程师，从事航空发动机原理与结构设计研究。
0 引言
航空发动机是飞机动力装置的主要组成部分，它为飞机提供运动所需的推力或拉力，用以克服飞机的惯性和空气阻力。先进的航空发动机是高技术、高投入、高风险、高壁垒的复杂高科技密集性透平机械。在航空发动机工作过程中，因气流通道被污染，导致流道件特性变化，引起压气机效率和涡轮效率下降。此时，为了继续保持推力，会通过加大油门来增加燃油供油量，使得高、低压压气机转速上升和发动机排气温度升高，降低发动机寿命。因此，通过监控发动机的排期温度这一单参数，来评估发动机的性能衰退，成为工程上比较常用、经济的监控手段。
1 单参数的选取
发动机性能衰退通常通过飞行参数监控的数据上可以分析得出，如压气机出口压力减小、燃油耗油量增大、高低压转子转差变化等，也可能因如腐蚀、封严破坏、外来物损伤流道、叶片表面粗糙度增大、叶片变形弯曲等引起性能衰退，以上这些因素将使转子转速增大和发动机排气温度升高。当排气温度超过许用温度后，会造成核心部件损坏。因此，选取发动机排气温度来监控健康状况，评估性能衰退程度是可行的。
2 监控数据的采集与预处理
在实际工作状态时，航空发动机的性能数据经常混有较强随机噪声，是非平稳的时间序列数据，还有少数数据突变或发展趋势的突变。我们读取了某型军用飞机飞行参数记录仪中170次的发动机排气温度数据（见图1）。可以看出，这其中含有比较明显的突降趋势项。
再进一步观察，发现不但含有突降趋势项，还有明显的数据趋势变化，如图中采样点70左右。另外，数据中还有较多的数据突变，如图中采样点100、125、144等处。通过更多的样本可以发现，这此特点都是发动机气路参数时间序列数据的典型特点。因此，在利用排气温度性能数据前，还需采用Matlab软件中的小波分析工具箱进行一次小波变换，对信号进行加权平均处理，使数据趋势特征有较好的呈现，经小波变换对信号的数字滤波功能处理后的结果见图2（图中横直虚线表示的是排气温度限制值，弯曲虚线表示的是经小波变换后的排气温度变化趋势）。
从图2中排气温度变化趋势来看，随着时间的推移没有逐渐上升或下降的趋势，这是当排气温度偏离正常值过多时，维护人员会及时做出调整，而且随着发动机使用年限的增加，偏离正常值的次数会越来越多，调整的频率会越来越高。这就为我们提供了一个思路，即利用发动机各个使用阶段排气温度偏离正常值的频率来作为衡量发动机性能衰退的指标。
3 性能衰退研究
建立发动机性能评估指标Y，定义Y为后一点发动机排气温度（用T6表示）与前一点之差与前一点的比值，见公式（1）。
得到Y随时间变化的规律如图3所示。
从图3中可以看出，在120次之前，排气温度比较平稳，而在120次之后，变化比较剧烈，表示发动机排气变化比较大，说明发动机性能已经衰退。
4 结论
航空发动机是一种结构复杂的可修复透平机械，在实际使用中监控排气温度的变化趋势是比较简单、经济的方法，维护人员操作起来也不困难。但航空发动机的故障模式复杂多样，单参数法也不能完全排除如滑油压力降低、燃油消耗量增加和异常磨损等故障模式，需要维护人员在单参数法评估的基础上，对其工作情况进行动态判断和评估。
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