基于信息融合技術(shù)的航空發(fā)動機(jī)故障診斷措施

劉斌 石山

摘要：航空發(fā)動機(jī)故障診斷指的是以航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域作為主要探究方向的一種新技術(shù)，且該技術(shù)已是國內(nèi)外關(guān)注的一熱點(diǎn)話題。近幾年，又興起了一門信息融合技術(shù)，并且已在各個(gè)領(lǐng)域積極推廣和廣泛應(yīng)用。然而，從當(dāng)前的發(fā)展情況來看，該技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)故障診斷領(lǐng)域應(yīng)用還處在初級探究階段，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在故障診斷過程中，能夠利用的信息偏多。因而，我們只有合理利用這些信息對設(shè)備故障予以診斷，才可進(jìn)一步提升故障診斷精度。

關(guān)鍵詞 ?信息;航空發(fā)動機(jī);故障診斷;措施

1.前言

文章作者把信息融合技術(shù)應(yīng)用在了航空發(fā)動機(jī)故障診斷過程中，并且提出了基于信息融合技術(shù)故障診斷系統(tǒng)，充分利用信息融合技術(shù)能夠?yàn)楹娇瞻l(fā)動機(jī)提供更多數(shù)據(jù)來予以融合，目的是為獲得精度高的逼近值，以實(shí)現(xiàn)對航空發(fā)動機(jī)的故障診斷。希望本文的論述可以為今后航空發(fā)動機(jī)安全運(yùn)行及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供更多有價(jià)值的參考和借鑒。

2.當(dāng)前國內(nèi)外對航空發(fā)動機(jī)故障診斷研究現(xiàn)狀的分析

2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀

通過研究表明，顯示氣路部件故障占發(fā)動機(jī)整體故障的大部分。所以，當(dāng)前國內(nèi)外大部分發(fā)動機(jī)健康管理探究主要集中在監(jiān)控發(fā)動機(jī)氣路性研究上。根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分可分為兩類，即機(jī)載子系統(tǒng)與嵌入式地面子系統(tǒng)。其中，前一種系統(tǒng)的主要功能為搜集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對飛行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和診斷;而地面子系統(tǒng)的主要功能是參照實(shí)時(shí)飛行數(shù)據(jù)、歷史飛行數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)做深入分析。我國在飛行器檢測方面的研究起步相對較晚，自20世紀(jì)80年代，我國一些科研院校開始對其進(jìn)行研究。如：在上世紀(jì)90年代初，我國國防科技大學(xué)提出了液體火箭發(fā)動機(jī)健康管理系統(tǒng)，即HMS，同時(shí)也是首個(gè)具有故障檢測的功能。

2.2國外研究現(xiàn)狀

在歐、美等多個(gè)國家，已在非航空與航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中引入了航空發(fā)動機(jī)故障診斷系統(tǒng)。例如：早在1969年，美國GE公司便把狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)用在了T-700-GE-700的渦軸發(fā)動機(jī)上;在經(jīng)過十年的研究與發(fā)展，在F404-GE-400渦扇發(fā)動機(jī)上應(yīng)用了監(jiān)視系統(tǒng)與壽命跟蹤系統(tǒng);而到了1985年，GE公司又提出了ADEPT系統(tǒng);自1994年開始由最初的6.1版本升級到了10.1版本。

3.信息融合技術(shù)

3.1原理

信息融合原理是一個(gè)信息綜合處理的過程，是利用多個(gè)傳感器，合理支配、使用這些傳感器與觀測信息，將這些傳感器在時(shí)間或者是在空間上的冗余、互補(bǔ)信息按照一定的準(zhǔn)則進(jìn)行重新組合，目的是為獲得被測對象的一致性解釋與描述，這樣信息系統(tǒng)便獲得了比其它組成部分子集所構(gòu)成系統(tǒng)有更優(yōu)越的性能。

3.2模型

在經(jīng)過對信息融合探究的時(shí)間里，人們提出了多個(gè)信息融合模型，而它們的相同點(diǎn)是在信息融合過程中要經(jīng)過多級處理。信息融合分為兩種處理方法，即低層處理與高層處理。其中，低層處理主要涉及到數(shù)據(jù)預(yù)處理、目標(biāo)檢測、分類、跟蹤;而高層處理主要包含態(tài)勢與威脅的預(yù)測和對融合過程的提取。

3.3算法

信息融合技術(shù)指的是數(shù)據(jù)綜合處理技術(shù)與多學(xué)科相互交叉的一種具體體現(xiàn)，而且也是把全部的輸入數(shù)據(jù)在同一個(gè)公共空間內(nèi)予以描述，同時(shí)在此空間內(nèi)對這些數(shù)據(jù)用恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)法予以綜合處理，再用相對應(yīng)的形式輸出。而當(dāng)前信息融合的算法主要包含模型類識別方法、參數(shù)分析法以及知識模型類識別法三種算法。

4.信息融合技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)故障診斷中的應(yīng)用

4.1某發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)基本概況

選擇某型號的渦扇發(fā)動機(jī)，簡單的說它是一種由雙轉(zhuǎn)子軸向壓氣機(jī)的一種渦輪風(fēng)扇發(fā)動機(jī)。其該結(jié)構(gòu)主要由機(jī)件與工作系統(tǒng)兩大部分構(gòu)成。

4.2診斷模型

4.2.1信息融合功能模型

現(xiàn)階段，有很多研究者站在不同的研究角度對信息融合模型進(jìn)行了深入探究和分析，目的是為了能夠從功能、結(jié)構(gòu)上來描述多傳感器融合技術(shù)。而最具有權(quán)威性的且有著較大影響力的功能模型是由美國的DPS公司的研究人員所提出的。因此本文采用這種信息融合功能模型來對該型號的渦扇發(fā)動機(jī)故障診斷構(gòu)建相應(yīng)的診斷模型。

4.2.2信息融合故障診斷一般框架

圖1 信息融合故障診斷框架

在實(shí)踐當(dāng)中，故障診斷不可能會應(yīng)用到所有的融合環(huán)節(jié)，而是參照具體的實(shí)際問題來選擇最佳的信息融合框架。例如：（DEI+FEI）-DEO融合模型是一個(gè)將混合特征作為輸入，決策作為輸出的一個(gè)過程?？梢哉f，此模型應(yīng)用在故障診斷領(lǐng)域是十分合理、科學(xué)的。

故障征兆是故障診斷的靈魂所在。而故障征兆時(shí)通過各類型的傳感器獲得更多有用的信息的，再經(jīng)過信息的融合處理，對故障位置及類型進(jìn)行確定。而以上處理過程即為信息融合過程。因此本文采取圖1所示的信息融合故障診斷框架來對故障進(jìn)行診斷對診斷結(jié)果進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)這種診斷框架是可行的。由此看來，信息融合技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)故障診斷中應(yīng)用的研究是切實(shí)可行的。

4.2.3分層信息融合診斷功能模型

有研究者提出，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷系統(tǒng)具有多種功能，如：聯(lián)想、推測以及記憶。能夠用來處理各種復(fù)雜的模式。所以，站在信息融合角度分析，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷是特征級融合中特征輸入——決策輸出的過程。另外，D-S證據(jù)理論為經(jīng)過對某一識別框架的多個(gè)證據(jù)體進(jìn)行融合推理，再進(jìn)一步得到?jīng)Q策結(jié)果，因而，D-S理論也是決策級融合中決策輸入——決策輸出過程。若把兩只相互結(jié)合，可將信息融合技術(shù)優(yōu)勢完全發(fā)揮出來，同時(shí)進(jìn)一步提升診斷的精度。

4.3航空發(fā)動機(jī)故障診斷模型

事實(shí)上，信息融合的本質(zhì)是在同一個(gè)辨識框架中，把不同證據(jù)提重新合成一個(gè)新證據(jù)體的過程。而此合并過程可按照D-S證據(jù)理論合并規(guī)則予以實(shí)現(xiàn)，這樣可解決多信息融合中存在的各類不確定性問題。而為了把不同故障征兆所提供的證據(jù)予以合并，必須按照當(dāng)前的證據(jù)構(gòu)造基本概率來分配函數(shù)。最終找出航空發(fā)動機(jī)存在故障的位置與類型。

5.結(jié)論及展望

總體來說，通過本文的論述我們得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論：其一，在論述了信息融合技術(shù)具有大眾特性的基礎(chǔ)上，由信息論角度對信息融合技術(shù)故障診斷方法的可行性予以了論證，進(jìn)而提出了信息融合技術(shù)故障診斷框架。其二，對在故障診斷中遇到的各種不確定性的問題以及多傳感器判斷結(jié)果利用D-S證據(jù)理論對信息融合結(jié)果進(jìn)行了判定，經(jīng)論證，D-S證據(jù)理論可提升故障診斷精度以及診斷的可靠性。盡管信息融合技術(shù)在航空發(fā)動機(jī)故障診斷中應(yīng)用十分廣泛，但在實(shí)踐當(dāng)中，需要解決的問題還很多，希望研究人員在今后研究中對實(shí)踐應(yīng)用中可能遇到的問題予以研究，并且提出合理的應(yīng)對措施。

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