民航强国论文800字

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基于案例库讨论的航空发动机故障诊断讨论

摘要：随着航空业的高速进展，民用航空设备的修理要求也越来越高，在保证飞行平安，缩短维护时间，降低运营成本等方面对故障诊断方法和维护手段提出了新的挑战。随着飞机结构简单性不断增加，故障种类也体现出多样化的特点，传统的人工诊断方式已经无法适应当前局面，智能诊断开头进入航空维护领域，很大程度上提高了诊断水平。目前在智能故障诊断领域应用较多的为案例推理系统，该方法能够模拟人类思维方式，通过回忆以往的阅历来找到解决面对问题的解决方案。

关键字：故障诊断案例推理内窥图像

第一章绪论

从上世纪80年月开头，世界各国航空事业迅猛进展，对航空发动机的运行牢靠性要求也不断提高，随之而来的平安问题也越来越突出。据中国民航局1989-1999十年的统计资料显示，机械故障引起的严峻飞行事故占37.9%，而发动机的故障又占全部机械故障的60%，可见发动机故障对飞行平安的影响特别之大[1]。因此在使用中对发动机实行必要的状态监控和故障诊断，对其承受高负荷、高温、高速和处于腐蚀介质中的零部件进行定期与非定期探测、检验，准时发觉各类损伤和缺陷是确保飞行平安的重要措施之一，对于降低飞机事故的发生率及提高民航运输的经济效益有着极其重大的意义。

内窥检测具有无损、直观、快速的特点，是航空发动机维护中的一种有效的故障检测和监控手段，对于监控航空发动机的性能、提高发动机的利用率、保障飞行的牢靠性和平安性起着重要的作用，在现代航空发动机维护中被广泛采纳。据统计，大约90%的航空发动机非例行更换都与内窥检测结果直接相关。

依据发动机的内窥检测部位、损伤类型及损伤尺寸需要与手册标准进行对比来进行损伤推断和修理决策，往往需要检测和修理人员查阅相关手册，目前飞机修理手册中均规定了基于内窥检测的修理决策标准，但是查阅手册一方面需要检测人员对手册的熟识，另一方面也需要更多翻阅手册的时间，特殊是在手册规定的标准四周，做出牢靠的经济的修理决策往往需要历史阅历及众多专家参加的综合权衡、分析和争论，必要时甚至需要求助于制造商。

目前，航空公司普遍具有飞机机群大、机种多、分布广等特点，而具有能给发动机做内窥检测损伤评估及修理决策的专家不行能分布在各地，往往仅仅限于在特地从事飞机发动机修理的相关部门，这种特点使目前发动机内窥检测面临了典型的异地检测、评估与决策困难的问题。同时，仅仅依靠内窥检测专家的阅历进行损伤评估和决策，将表现出很大的局限性，表现在专家的丰富阅历往往需要

长时间的积累，而且对每种型号的发动机均具有不同的阅历。所以建立内窥故障智能诊断系统进行故障检测与诊断的技术成为关键。

第二章故障分析及案例库建立

一个完整的智能诊断系统应当从学问的猎取开头，本章首先对航空发动机的主要故障进行了定义，之后介绍了主流图像处理方法，具体描述了本文所实行的算法步骤；然后简要对主要的智能故障诊断系统进行了对比，结合讨论课题的特点，选取了适合本文讨论课题的诊断方案——基于案例的诊断方法，并对案例的表示与案例库结构进行了初步设计。

2.1航空发动机主要故障分析

航空发动机内部常见的损伤主要有：裂纹、刻痕、压坑、撕裂、凹痕、烧伤、腐蚀、叶尖卷边等。如图2.1所示为各种损伤的定义图[11]：

图2.1常见发动机故障定义图

通过对损伤形成缘由和评估参数的分析，典型损伤进行分析：

1.裂纹（crack）

裂纹是最常见的损伤形式，依据成因不同分为烧伤裂纹、震惊裂纹、疲惫裂纹等多种。造成裂纹的主要缘由是过热或振动使金属应力过大直至金属疲惫。通常表现为一条锯齿状的黑色线开口。对于裂纹损伤，长度是评估的关键数据。

2.叶片折断与掉快（broken）

折断与掉快是由于冲击、撞击等外力因素而导致叶片破裂或折断，破裂或折

断部分移走。

3.凹坑（dent）

凹坑是由于叶片或壁面的局部由于撞击而受损，材料发生坑状变形，但没有发生移动。凹坑成“U”型，外型为钝边，表面相对光滑。损伤经常消失在叶片根部和涡轮舱壁面。对于凹坑损伤，凹坑深度和最大外径是损伤评估的关键数据。

4.边缘刻口（nick）

刻口是由于叶片边缘受到外物撞击而导致材料变形，刻口呈“V”型，刻痕边缘呈亮色。边缘刻口也是内窥检测中常见的损伤类型之一，损伤的级别依据刻口的口径长度以及刻口深度来判定。

5.叶片扭曲（bent）

扭曲是由于来自相反方向的直线型外力作用于叶片表面的不同区域，导致原有的扭转角度发生变化。叶片扭曲部分相对于完整叶片所占比例是判定叶片扭曲损伤级别的依据。

6.叶边卷刃（curled）

叶片尖部由于受到与叶片运动方向相反的作用力，像刀刃卷曲一样变成圆角形折叠，从而形成叶边卷刃。

7.积炭（deposits）

积炭经常发生在导向器边缘和表面，以及燃烧室壁面，是由于燃烧产生的炭粒在表面沉积而产生的。大面积积炭会影响到发动机的燃烧效率，因此，积炭区域的大小是评估该类型损伤的依据。

8.表皮剥落（overheated）

表皮剥落是由于材料受到长时间高温而导致部分表面材料脱落，失去结构的完整性。表皮剥落损伤的表面比较光滑，还没有形成材料熔化变形。

9.烧蚀（burned）

烧蚀是由于受热严峻而导致材料部分熔化，引起烧伤。内窥检测中会发觉损伤区域颜色发生变化或者变形，一般呈暗黑色。烧蚀损伤的评估依据或者是表面损伤区域的大小，或者是叶片变形或脱落区域的长度和深度等参数。

10.撕裂（gouge）

叶片表面局部由于受到尖锐外物的撞击，材料撕开而产生的穿透形开口，形成撕裂。裂口长度是撕裂损伤的评估依据。

2.2图像预处理

图像预处理的主要目的是提取图像的特征参数，这也是实现故障检测智能化的基础。在图像预处理的过程中，包含图像增加、图像分割、边缘检测、损伤参数提取等。

由于航空发动机工作环境及内窥检测的特别性，拍摄的航空发动机内窥图像

不同于一般的图像，详细表现为：

1、发动机内窥图像背景很简单，图像分割的难度较大；

2、内窥检测拍摄到的图像整体偏暗，对比度较差，清楚度不高；

3、发动机工作在高温高压、快速运转的条件下，空气中存在大量灰尘颗粒，从而在拍摄的图像上存在大量的随机噪声。

综上所述，拍摄到的发动机内窥损伤图像不能直接用于图像识别分析，必需经过图像增加，提高图像的质量，才能削减外界干扰所带来的图像误识别。图像增加的目的有两个，一是采纳一系列技术改善图像的视觉效果，提高图像成分的清楚度；另一个是是图像变得更加便于图像分割与识别。图像增加可分为对比度增加、图像平滑及图像锐化。

正交性是从变换后的小波系数的相关性来考虑的，假如是正交小波，变换后的小波系数是不相关的，滤波效果更好。正则性好的小波在信号重构中比较平滑。正交小波中除Haar小波外，都不满意对称性，而对称性好的双正交小波基构造和计算都比较简单。因此选取sym4作为小波基，它具有简洁、对称性好，在重构过程中相移小等优点。详细步骤如下：

步骤一：对图像进行小波分解，选取sym4小波基，用Matlab对图像进行三层小波分解；

步骤二：对高频系数软阈值化处理，每个图层选取一个阈值，滤去噪声；步骤三：对阈值化后的小波系数进行增加处理；

步骤四：重构图像，得到增加后的图像。

图2.2小波分解示意图

图2.3为PW4000燃烧室裂纹图像：

图2.3PW4000燃烧室裂纹图像

2.3基于案例推理的智能故障诊断方法

案例式推理，是一种类比推理方法，是通过改编那些解决旧问题的方法来尝试解决新问题，也就是利用查找相像案例的推理方法，找到解决旧问题的方法来适用于解决新的问题。案例式推理强调这样的思想：人类在解决问题时，经常回忆过去积累下来的类似状况的处理，通过对过去类似状况处理的适当修改来解决新的问题。过去的类似状况及其处理技术被称之为案例(CASE)。过去的案例还可以用来评价新的问题及新问题的求解方案，并且对可能的错误进行预防。运用这一基本思想进行推理被称为案例推理技术。

案例检索

）（ReviewEvaluation）图

图2.4案例推理过程

案例推理的作法是首先先做一问题的描述(Presentation)，再从Case-Base中找出最类似的Case(Retrieval)，即使选择出最类似的Case也不行能完全相同，故要依照Case的Solution再作调整(Adaptation)，再将调整出的结果与使用者或大环境来证明(Validation/Test)，假如适当，则被证明的结果将会被增加到Case-Base中(Feedback)。上述过程即为一个完整的案例推理