渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)低壓軸斷裂故障在線檢測方法

王玉東

（中國航發(fā)商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，上海 200241）

0 引言

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中連接不同結(jié)構(gòu)的各種傳動(dòng)軸如果發(fā)生斷裂，可能導(dǎo)致不同程度的安全性后果。如邊英杰等、楊浩等報(bào)道了發(fā)動(dòng)機(jī)軟軸或起動(dòng)發(fā)電機(jī)軸斷裂的故障。而渦輪和壓氣機(jī)的傳動(dòng)軸斷裂時(shí)，不僅使發(fā)動(dòng)機(jī)失去推力和工作能力，而且失去壓氣機(jī)約束的渦輪將急劇飛轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速很快超過正常工作轉(zhuǎn)速，可能導(dǎo)致渦輪葉片或盤的破裂，高速飛出的碎片將造成發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步損傷，甚至導(dǎo)致機(jī)毀人亡的災(zāi)難性事故。

對發(fā)動(dòng)機(jī)斷軸現(xiàn)象的研究和軸壽命的研究，國內(nèi)外均有報(bào)道，但對于斷軸之后的故障檢測和自動(dòng)控制策略，目前資料甚少。劉傳凱等、Calcagni 等對渦輪軸斷裂相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能建模及空氣系統(tǒng)變化進(jìn)行了研究；Luis對斷軸過程的壓氣機(jī)和渦輪瞬間流動(dòng)情況進(jìn)行了探討，并試圖將其納入統(tǒng)一的瞬態(tài)性能模型進(jìn)行研究；Haake 等對斷軸后壓氣機(jī)失速、摩擦阻力和轉(zhuǎn)速增長等因素進(jìn)行了仿真計(jì)算，提出了斷軸后最大轉(zhuǎn)速的預(yù)測方法；Pawsey 等研究了斷軸過程中的渦輪氣動(dòng)特性變化特征；陸山等對軸的安全和壽命管理采用理論或仿真分析的方法進(jìn)行研究；習(xí)年生等針對某渦輪軸失效進(jìn)行了分析和改進(jìn)；靳煥章等則對軸壽命和安全風(fēng)險(xiǎn)的試驗(yàn)驗(yàn)證方法進(jìn)行了研究或驗(yàn)證。

常見的雙軸航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)具備高壓軸和低壓軸。當(dāng)?shù)蛪狠S斷裂后，低壓渦輪瞬間失去負(fù)載，可通過設(shè)置的斷軸剎車功能進(jìn)行減速。由于風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)推力下降會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)增加燃油，可能進(jìn)一步導(dǎo)致高壓渦輪的損壞甚至飛脫。因此，在線檢測低壓軸斷軸故障并處理，可以及時(shí)采取減油、停車等措施，避免核心機(jī)遭受損壞。

在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺上，可以采用多種傳感器或監(jiān)視裝置來檢測斷軸故障，但在飛行過程中，只能采用機(jī)載的有限信號進(jìn)行檢測。斷軸發(fā)生后，發(fā)動(dòng)機(jī)甚至飛機(jī)會(huì)出現(xiàn)劇烈振動(dòng)，從而被飛行員直接感知，但在處理時(shí)間上難以保證及時(shí)性，可能使發(fā)動(dòng)機(jī)特別是核心機(jī)部分產(chǎn)生進(jìn)一步破壞，不利于飛行安全。據(jù)此，本文提出了一種有效的低壓軸斷軸檢測方法。

1 低壓軸斷裂過程仿真計(jì)算

從理論角度研究發(fā)動(dòng)機(jī)斷軸過程時(shí)，一般基于考慮部件非線性特性的發(fā)動(dòng)機(jī)性能模型。本文采用基于部件特性的過渡態(tài)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)非線性性能模型，計(jì)算了雙軸分排大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓軸斷軸過程。本章以海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境下的斷軸過程為例進(jìn)行計(jì)算，后續(xù)章節(jié)則提供了更多飛行工況下的計(jì)算結(jié)果。

計(jì)算的起始邊界為發(fā)動(dòng)機(jī)在海平面標(biāo)準(zhǔn)天環(huán)境條件下的紅線轉(zhuǎn)速穩(wěn)定狀態(tài)。并有如下計(jì)算假設(shè)及其說明：

（1）低壓軸斷裂后，在部件結(jié)構(gòu)發(fā)生變化之前，部件的特性不發(fā)生變化，渦輪和壓氣機(jī)的進(jìn)、出口氣動(dòng)參數(shù)雖然發(fā)生變化，但在葉片或輪盤破裂之前，部件本身仍是1 個(gè)整體，此時(shí)部件的特性可近似認(rèn)為未發(fā)生明顯變化。當(dāng)結(jié)構(gòu)被破壞或轉(zhuǎn)靜子碰摩后，此假設(shè)不再成立。

（2）低壓軸斷裂后，在短時(shí)間內(nèi)物理供油保持不變。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，控制系統(tǒng)檢測到狀態(tài)異常而切斷燃油到燃油實(shí)際被切斷有0.5~1 s 的時(shí)間間隔，故在斷裂后至少0.5 s 之內(nèi)，燃燒室出口氣流的焓值仍較高，可能會(huì)造成高壓轉(zhuǎn)子加速。因此，應(yīng)考慮供油燃燒對氣動(dòng)狀態(tài)的影響。

（3）低壓軸斷裂后，風(fēng)扇和低壓渦輪有其獨(dú)立的轉(zhuǎn)速（不再相等），但仍滿足流量平衡條件。高壓軸上的高壓壓氣機(jī)和高壓渦輪仍滿足功率平衡、流量平衡和轉(zhuǎn)速平衡條件。軸斷裂瞬間，轉(zhuǎn)子軸向移動(dòng)會(huì)造成各種間隙（如渦輪轉(zhuǎn)靜子封嚴(yán)間隙）的變化，從而使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部冷氣、封嚴(yán)氣的流量略有變化?？紤]到這種變化不會(huì)太大，不是斷軸后狀態(tài)變化的主要因素，為簡化分析，在計(jì)算時(shí)忽略。

低壓軸斷裂后風(fēng)扇內(nèi)外涵性能參數(shù)變化如圖1所示。為便于比較，所有數(shù)據(jù)均采用相對值。當(dāng)?shù)蛪狠S斷裂時(shí)，高壓軸物理轉(zhuǎn)速升高，風(fēng)扇物理轉(zhuǎn)速降低，低壓渦輪轉(zhuǎn)速升高。與此同時(shí)，風(fēng)扇內(nèi)外涵的流量減小，涵道比減小。高壓壓氣機(jī)進(jìn)口總溫降低，出口總溫升高。

圖1 低壓軸斷裂后風(fēng)扇內(nèi)外涵性能參數(shù)變化

2 斷軸檢測方法

2.1 加速率特征

2.1.1 加速率變化

由于低壓軸斷裂后低壓渦輪轉(zhuǎn)速無法測量，本文以風(fēng)扇物理轉(zhuǎn)速作為研究對象。高低壓轉(zhuǎn)速均指高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，這與常見的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器分布在壓氣機(jī)端的布局相一致。

定義風(fēng)扇轉(zhuǎn)速加速率和高壓轉(zhuǎn)速加速率為

低壓軸斷裂的加速率檢測方法如圖2、3 所示，特征1檢測邏輯實(shí)施流程如圖3所示。當(dāng)檢測到低壓物理轉(zhuǎn)速的變化率低于給定的閾值時(shí)，說明發(fā)動(dòng)機(jī)極有可能發(fā)生了低壓軸斷裂。

圖2 低壓軸斷裂的加速率檢測方法

圖3 特征1檢測邏輯實(shí)施流程

具體的檢測實(shí)施步驟如下：

（1）實(shí)時(shí)計(jì)算的小于給定的閾值時(shí)，啟動(dòng)計(jì)時(shí)。計(jì)時(shí)點(diǎn)時(shí)間定為，計(jì)時(shí)周期長度為；

（2）在計(jì)時(shí)周期內(nèi)（即≤≤+）檢測到大于給定的閾值時(shí)，判斷特征1 為真，=1；否則為假，=0。

其中，和由高壓換算轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口總壓插值得出。

2.1.2 換算加速率

考慮到在高空和地面條件下發(fā)動(dòng)機(jī)斷軸后的加（減）速率差異較大，應(yīng)針對不同的環(huán)境壓力或發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口壓力條件進(jìn)行換算。換算的加速率定義為

本工作亦可應(yīng)用于不測量發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口總壓的情況。當(dāng)未測時(shí)，可以采用環(huán)境靜壓或高壓壓氣機(jī)進(jìn)口總壓代替，或采用與飛行馬赫數(shù)計(jì)算。

斷軸過程物理和換算加速率對比如圖4 所示。由于大氣環(huán)境壓力的差異，物理轉(zhuǎn)速加速率在地面和高空差異極大，這將影響檢測邏輯的適用性；而對于換算加速率，其差異僅體現(xiàn)在不同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上。從圖中可見，98%轉(zhuǎn)速和80%轉(zhuǎn)速對應(yīng)的空中和地面換算加速率差異均在0%~15%范圍內(nèi)。對于物理加速率，地面狀態(tài)是空中狀態(tài)的2~3 倍；對于相同的發(fā)動(dòng)機(jī)換算轉(zhuǎn)速，斷軸后的最大換算加速率差異較小，具備工程化使用條件。

圖4 斷軸過程物理、換算加速率對比

換算加速率不能完全消除空中飛行時(shí)飛行速度對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變化率的影響。在空中小表速和大表速情況下對應(yīng)的瞬間風(fēng)扇轉(zhuǎn)速最大降低率在數(shù)值上存在差異。為此，在定義風(fēng)扇轉(zhuǎn)速變化率閾值時(shí)，可視情考慮2 種方案：（1）在等高壓轉(zhuǎn)速、等進(jìn)口總壓但馬赫數(shù)不同的工況下，選擇絕對值較小的數(shù)值使閾值適用于不同飛行速度；（2）將閾值表擴(kuò)展為（,,）），給出不同飛行速度對應(yīng)的閾值。

2.2 轉(zhuǎn)差特征

基于上文描述，可以從斷軸后的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)中提取高低壓換算轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)差特征，用于檢測發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)。低壓軸斷裂的轉(zhuǎn)差檢測方法如圖5 所示，特征2檢測邏輯實(shí)施流程如圖6所示。

圖5 低壓軸斷裂的轉(zhuǎn)差檢測方法

圖6 特征2檢測邏輯實(shí)施流程

從圖5 中可見，加速過程轉(zhuǎn)差曲線和穩(wěn)態(tài)過程轉(zhuǎn)差曲線均位于正常轉(zhuǎn)差限制曲線的下方，而斷軸后的轉(zhuǎn)差曲線則位于正常轉(zhuǎn)差曲線的上方。當(dāng)檢測到這一明顯特征時(shí)，表明發(fā)動(dòng)機(jī)極有可能發(fā)生了低壓軸斷裂故障。具體的檢測實(shí)施步驟如下：

（1）根據(jù)低壓換算轉(zhuǎn)速和插值計(jì)算的閾值；

（2）當(dāng)>時(shí)，判斷特征2 為真，=1；否則為假，=0。

其中，由和插值得出，對應(yīng)圖中的最大轉(zhuǎn)差限制曲線。

2.3 綜合檢測邏輯和時(shí)間

2.3.1 檢測邏輯

采用轉(zhuǎn)差關(guān)系和加速率特征，均可進(jìn)行斷軸檢測。為進(jìn)一步提高檢測可靠性，降低誤檢率，可對上述檢測邏輯進(jìn)行綜合。綜合后的低壓軸斷裂故障判斷模塊實(shí)施流程如圖7 所示。在給定的時(shí)間窗口Δ（如0.2 s）內(nèi)，當(dāng)檢測到和均出現(xiàn)非零值時(shí)，則判定發(fā)生了低壓軸斷軸故障；當(dāng)該時(shí)間窗口內(nèi)和均為零值時(shí)，判定未發(fā)生低壓軸斷軸故障。

圖7 低壓軸斷裂故障判斷模塊實(shí)施流程

需要指出的是，、和轉(zhuǎn)差關(guān)系不一定在同一采樣周期內(nèi)恰好超出閾值，因此選擇具有一定長度的時(shí)間窗口是更合理的方案，可以明顯提高檢測準(zhǔn)確性。

2.3.2 檢測時(shí)間

根據(jù)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真計(jì)算，參考上文的轉(zhuǎn)速變化率（圖4），在斷軸后的0.1s內(nèi)，出現(xiàn)瞬間最小值；在0.2 s 內(nèi)，變?yōu)檎?。因此預(yù)計(jì)加速率判據(jù)的檢測時(shí)間為0~0.2 s。

從不同穩(wěn)態(tài)點(diǎn)開始，斷軸后的轉(zhuǎn)差變化關(guān)系如圖8所示。根據(jù)計(jì)算可知，在斷軸后的0.02~0.05s內(nèi)，轉(zhuǎn)差即達(dá)到極限加速曲線對應(yīng)轉(zhuǎn)差；斷軸后的0.10~0.15 s 內(nèi)，轉(zhuǎn)差達(dá)到所定義的最大轉(zhuǎn)差限制曲線。在本示例中，最大轉(zhuǎn)差限制曲線定義為：對于相同的低壓換算轉(zhuǎn)速，高壓換算轉(zhuǎn)速限制值為極限加速過程高壓換算轉(zhuǎn)速的1.05倍。

圖8 斷軸后的轉(zhuǎn)差變化關(guān)系

3 驗(yàn)證與檢驗(yàn)

為降低檢測方法的虛警率，提高檢測可靠性，必須針對發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工作過程進(jìn)行驗(yàn)證。對于檢測方法的2 個(gè)特征點(diǎn)，分別根據(jù)模型計(jì)算和試驗(yàn)數(shù)據(jù)予以檢驗(yàn)。

3.1 加速率檢驗(yàn)

應(yīng)檢驗(yàn)正常的停車和加減速過程是否會(huì)因?yàn)榧铀俾式档捅徽`判為斷軸故障。由于減速過程的轉(zhuǎn)速變化率幅值不如停車過程的大，因此僅分析停車過程與斷軸過程的區(qū)別。

斷軸與停車過程的1個(gè)顯著區(qū)別是：停車后低壓轉(zhuǎn)速和高壓轉(zhuǎn)速均快速降低，而低壓軸斷裂后高壓轉(zhuǎn)速不會(huì)急劇降低，甚至在短時(shí)間內(nèi)略有升高?？紤]到檢測方法要有盡量大的適用范圍，定義在低壓轉(zhuǎn)速加速率降低至超出閾值后的一段時(shí)間內(nèi)，檢測到高壓軸加速率高出閾值即認(rèn)定可能發(fā)生了斷軸。高壓軸加速率的判斷閾值遠(yuǎn)大于停車過程加速率數(shù)值，因此不會(huì)誤判。斷軸過程與停車過程的加速率比較如圖9所示。

圖9 斷軸過程與停車過程的加速率比較

3.2 轉(zhuǎn)差檢驗(yàn)

為詳細(xì)識別軸斷裂后更多的異常特征，防止將斷軸的轉(zhuǎn)差特征與正常發(fā)動(dòng)機(jī)工作過程的特征混淆，要進(jìn)行轉(zhuǎn)差檢驗(yàn)。在海平面標(biāo)準(zhǔn)天條件下進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)以及加減速、停車和低壓軸斷裂狀態(tài)的換算轉(zhuǎn)速計(jì)算，如圖10所示。從圖中可見，軸斷裂后發(fā)動(dòng)機(jī)的高、低壓軸換算轉(zhuǎn)速明顯異常。對于正常的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)工況（包括加減速、停車等過程），高、低壓換算轉(zhuǎn)速均是正相關(guān)的，即二者同時(shí)升高或同時(shí)降低。而在低壓斷軸過程中，當(dāng)風(fēng)扇換算轉(zhuǎn)速降低時(shí)，高壓換算轉(zhuǎn)速極速升高。據(jù)此可以明確地將此過程判定為斷軸故障。

圖10 不同過程的高、低壓換算轉(zhuǎn)速計(jì)算

3.3 喘振過程檢驗(yàn)

上述加速率檢驗(yàn)和轉(zhuǎn)差檢驗(yàn)證明所定義的斷軸檢測邏輯不會(huì)將正常的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)過程判定為故障。進(jìn)一步對發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生喘振故障的情況進(jìn)行檢驗(yàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)喘振后執(zhí)行減油、打開放氣閥或關(guān)閉可調(diào)靜子葉片（Variable Stator Vane，VSV）等措施，待喘振消失后發(fā)動(dòng)機(jī)可以繼續(xù)工作。若誤判為斷軸故障，將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不必要的停車，降低飛行安全性。為此，必須進(jìn)行喘振過程檢驗(yàn)，研究斷軸檢測邏輯的可靠性。

某雙轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)喘振過程參數(shù)變化如圖11 所示。從圖中可見，當(dāng)發(fā)生喘振時(shí)，壓氣機(jī)出口靜壓突然降低，高、低壓換算轉(zhuǎn)速也隨之降低。此時(shí)的轉(zhuǎn)差特征與斷軸后的特征明顯不同，且低壓轉(zhuǎn)速變化緩慢，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速減速率未達(dá)到斷軸檢測閾值。同時(shí)，結(jié)合專門設(shè)置的喘振檢測邏輯，將喘振誤檢為斷軸故障的可能性極低。

圖11 某雙轉(zhuǎn)子渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)喘振過程參數(shù)變化

3.4 高壓軸斷軸檢驗(yàn)

類似地，要對高壓軸斷裂后的過程進(jìn)行檢驗(yàn)。高壓軸斷裂后的風(fēng)扇和高壓壓氣機(jī)換算轉(zhuǎn)速關(guān)系如圖12（黑色實(shí)線）所示。從圖中可見，當(dāng)高壓軸斷裂后，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和高壓軸轉(zhuǎn)速均降低，這與低壓軸斷裂后的轉(zhuǎn)差關(guān)系完全不同（紅色實(shí)線）。因此，低壓軸斷裂檢測邏輯不會(huì)對高壓軸斷裂過程誤判。

圖12 高壓軸斷裂后的風(fēng)扇和高壓壓氣機(jī)換算轉(zhuǎn)速關(guān)系

3.5 作動(dòng)部件開關(guān)檢驗(yàn)

在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作過程中，穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)過程存在作動(dòng)部件開關(guān)控制，包括增壓級后可調(diào)放氣閥（Vari?able Bleed Valve，VBV）、高壓壓氣機(jī)瞬態(tài)放氣閥（Transient Bleed Valve，TBV）、高壓壓氣機(jī)VSV、渦輪葉尖間隙主動(dòng)控制（Active Clearance Control，ACC）閥等。這些作動(dòng)部件的開關(guān)或角度變化會(huì)引起發(fā)動(dòng)機(jī)高、低壓轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，因此也需要進(jìn)行檢驗(yàn)，以防止轉(zhuǎn)速波動(dòng)現(xiàn)象被誤判為軸斷裂故障。在上文所述穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)過程的檢驗(yàn)中，也包含了正常隨動(dòng)的作動(dòng)部件控制，未發(fā)現(xiàn)誤檢。實(shí)際上，作動(dòng)部件開度變化時(shí)，低壓渦輪仍通過低壓軸向風(fēng)扇傳送功率，且功率比停車過程的更高，故低壓轉(zhuǎn)速的加速率變化比較輕微。與此相反，當(dāng)?shù)蛪狠S斷裂時(shí)，風(fēng)扇完全喪失輸入功率，轉(zhuǎn)速急劇降低，由此產(chǎn)生了極大的轉(zhuǎn)速變化率，足以將其與正常的作動(dòng)控制過程區(qū)分開。

以上討論和計(jì)算均針對固定噴口的大涵道比分排渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)。對于帶加力、可調(diào)噴口的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，斷軸檢測的方法原理仍然適用。特別地，若加力時(shí)噴口調(diào)節(jié)作動(dòng)控制滯后或超前，高低壓轉(zhuǎn)速也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。李偉等從機(jī)理上進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，噴口調(diào)節(jié)偏差引起的高低壓轉(zhuǎn)速波動(dòng)是同時(shí)增大或減小的。當(dāng)噴口面積偏小時(shí)，低壓轉(zhuǎn)速和高壓轉(zhuǎn)速均降低；當(dāng)噴口面積偏大時(shí)，低壓轉(zhuǎn)速和高壓轉(zhuǎn)速均升高。這與低壓斷軸時(shí)高壓轉(zhuǎn)速升高而低壓（風(fēng)扇）轉(zhuǎn)速降低的特征明顯不同，因此不會(huì)誤檢為斷軸故障。

4 應(yīng)用與討論

本方法的特點(diǎn)是不增加發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)載測點(diǎn)，而是利用現(xiàn)有的轉(zhuǎn)速、溫度或壓力信號，從轉(zhuǎn)速信號中提取高、低壓軸轉(zhuǎn)速的1 階導(dǎo)數(shù)，得到迅速變化的加速率信號，進(jìn)而識別低壓軸斷裂特征（特征1）。

為提供檢測率，降低虛警率和漏檢率，采用溫度信號和轉(zhuǎn)速信號合成換算轉(zhuǎn)速值，通過高壓、低壓換算轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)差比較，提取低壓軸斷裂的另一特征（特征2）。

根據(jù)低壓軸斷裂特征1、2 的表現(xiàn)，采用邏輯判斷確定低壓軸斷裂故障發(fā)生的可能性。

本文通過現(xiàn)有的機(jī)載傳感器實(shí)現(xiàn)了低壓軸斷裂故障的航線實(shí)時(shí)檢測，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)工作安全性和飛行安全性。由于設(shè)置了判斷斷軸故障的多個(gè)量化參數(shù)，可以在飛行過程中存儲(chǔ)，并于飛行結(jié)束后根據(jù)量化參數(shù)進(jìn)行故障分析。

斷軸量化參數(shù)亦可以應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)臺架試驗(yàn)中，用于判斷并監(jiān)視低壓軸斷裂故障的發(fā)生，有利于提高試驗(yàn)安全水平，降低試驗(yàn)數(shù)據(jù)挖掘難度。本工作亦可用于地面燃?xì)廨啓C(jī)和船用燃?xì)廨啓C(jī)的斷軸判斷，有利于提高燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行安全。

防止發(fā)動(dòng)機(jī)斷軸，或保證斷軸引起的危害情況不惡化或不發(fā)生次生災(zāi)害，是發(fā)動(dòng)機(jī)研制的重要安全需求。本文建立的斷軸檢測方法是發(fā)動(dòng)機(jī)安全保障的重要一環(huán)。當(dāng)檢測到斷軸事件發(fā)生時(shí)，應(yīng)由控制系統(tǒng)及時(shí)進(jìn)行故障處理（如緊急停車），以降低發(fā)生次生危害的風(fēng)險(xiǎn)，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全性水平。

5 結(jié)論

（1）低壓軸斷裂后，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速急劇降低，低壓渦輪轉(zhuǎn)速急劇升高，存在渦輪飛轉(zhuǎn)和破裂的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）低壓軸斷裂后，風(fēng)扇轉(zhuǎn)子加速率為負(fù)值，高壓轉(zhuǎn)子加速率為正值，該特征可作為低壓斷軸的檢測依據(jù)。

（3）低壓軸斷裂后，高壓換算轉(zhuǎn)速和風(fēng)扇換算轉(zhuǎn)速間的轉(zhuǎn)差超出正常范圍，可作為低壓斷軸的另一個(gè)檢測依據(jù)。

（4）采用基于加速率特征和轉(zhuǎn)差特征的綜合檢測邏輯可以檢測低壓斷軸故障，預(yù)計(jì)檢測時(shí)間為0~0.5 s，且不會(huì)對穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)過程進(jìn)行誤判。

（5）通過加速率、轉(zhuǎn)差、喘振過程、高壓軸斷裂過程的檢驗(yàn)，本檢測方法不會(huì)因發(fā)動(dòng)機(jī)正常停車、喘振和高壓軸斷裂而導(dǎo)致虛警，檢測可靠性高，具有較高的工程實(shí)用性。