畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)課題任務(wù)書(shū) - nuaaeducn

1、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告紙基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能趨勢(shì)預(yù)測(cè)摘 要發(fā)動(dòng)機(jī)的性能監(jiān)控和預(yù)測(cè)不僅能保障航空器的飛行安全，而且可以在保障飛行安全的前提下，為尋找一個(gè)最優(yōu)的送修時(shí)機(jī)提供依據(jù)，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)維修費(fèi)用，為航空公司節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本。本文提出用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能趨勢(shì)，以期達(dá)到上述目的。論文主要研究工作包括：總結(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)性能衰減的常見(jiàn)方式和發(fā)動(dòng)機(jī)性能預(yù)測(cè)的常用方法，歸納需要監(jiān)測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能參數(shù)，介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，用途及分類，提出建立徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)的新方法。最后用實(shí)際的發(fā)動(dòng)機(jī)性能數(shù)據(jù)對(duì)本文建立的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明了預(yù)測(cè)模型的正確有

2、效性。本論文的研究將為發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)維修提供重要的決策依據(jù)。關(guān)鍵字：發(fā)動(dòng)機(jī)性能 預(yù)測(cè) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 徑向基函數(shù)共 27 頁(yè) 第 27 頁(yè)forecasting engine performance based on rbf neural networkabstractmonitoring and forecasting engine performance can not only ensure the flight safety of aircraft, but also provide the foundation for deciding the optimum maintenance tim

3、e, reducing the cost of engine maintenance, and saving the aviation companies operation cost. this paper presents a method that uses rbf neural network to forecast engine performance to attain the purpose.this papers main contents are: summing up the common ways of engine performance forecasting; in

4、ducing the parameters of engine performance which needs be inspected; introducing the characteristics of neural network; putting forward a new method that uses rbf neural network model to forecast engine performance. in the end, using the practical data of engine performance to verify the rbf neural

5、 network model, which is put forward in the paper. the result indicates that the forecasting model is right and efficiency .the study of this paper will offer important gist to the engines condition maintenance.keywords: engine performance; forecasting; neural network; rbf第一章 緒論性能衰退是發(fā)動(dòng)機(jī)性能的負(fù)向變化，是發(fā)動(dòng)機(jī)老

6、化的象征，發(fā)動(dòng)機(jī)投入使用后，由于各種原因造成耗油率增加，排氣溫度上升，推力下降等現(xiàn)象，稱為發(fā)動(dòng)機(jī)性能衰退。發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能逐漸下降。發(fā)動(dòng)機(jī)衰退是由幾種原因產(chǎn)生的，針對(duì)其起因，我們可以采取相對(duì)的方式進(jìn)行預(yù)防或補(bǔ)救，進(jìn)而減少、減緩發(fā)動(dòng)機(jī)性能的衰退。在實(shí)際操作中，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的監(jiān)控有油路分析，氣路分析，滑油質(zhì)量分析等手段，不同的方法所監(jiān)控的參數(shù)也各不相同，但相同的目的是通過(guò)參數(shù)的變化推測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的各部件性能，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)或預(yù)防可能出現(xiàn)的故障。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種新的方法體系，具有分布并行處理、非線性映射、自適應(yīng)學(xué)習(xí)和魯棒容錯(cuò)等特性，這使得它在模式識(shí)別、控制優(yōu)化、智能信息處理以及故障診斷等方面都有廣泛的應(yīng)

7、用。通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)參數(shù)進(jìn)行分析并預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)值和實(shí)際值吻合較好。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類有很多，現(xiàn)在實(shí)際通常用于發(fā)動(dòng)機(jī)性能預(yù)測(cè)的主要是bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),而本文主要介紹的是采用訓(xùn)練速度和函數(shù)逼近能力更強(qiáng)的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法。在結(jié)構(gòu)方面，文章圍繞對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能預(yù)測(cè)的主題進(jìn)行說(shuō)明，首先羅列了發(fā)動(dòng)機(jī)性能衰減部件的種類及造成其衰減的原因，以及不同種類故障對(duì)監(jiān)測(cè)手段以及監(jiān)控參數(shù)；闡述人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，原理以及如何應(yīng)用徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)完成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的預(yù)測(cè)；最后是基于matlab的發(fā)動(dòng)機(jī)性能預(yù)測(cè)軟件編制。第二章 民航發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控技術(shù)2.1 民航視情維修與民航發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控，主要有以下四個(gè)

8、發(fā)展階段：（1） 人工記錄在飛機(jī)穩(wěn)定巡航狀態(tài)，由機(jī)組人工記錄駕駛艙儀表數(shù)據(jù)，然后錄入計(jì)算機(jī)，再利用件進(jìn)行分析。該方法易出現(xiàn)讀出、抄寫(xiě)和輸入錯(cuò)誤，工作效率低，監(jiān)控參數(shù)少，存在時(shí)間差，準(zhǔn)確性差，數(shù)據(jù)的再開(kāi)發(fā)利用比較困難。但是，費(fèi)用較低。對(duì)飛機(jī)設(shè)備無(wú)特殊要求，易于制訂程序，它是早期發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控的通用方式。（2） 機(jī)載記錄利用數(shù)字飛行記錄器（dfdr）或快速記錄器（qar）中連續(xù)記錄的參數(shù)重放，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況進(jìn)行監(jiān)控，該方法避免了中間環(huán)節(jié)的錯(cuò)誤，提高了性能監(jiān)控的準(zhǔn)確度，可隨時(shí)譯碼或重放，獲得大量數(shù)據(jù)，但獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控參數(shù)種類和數(shù)據(jù)有限，不能選擇記錄器規(guī)定數(shù)據(jù)以外的參數(shù)監(jiān)控（3） 飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)利

9、用飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)（acms）連續(xù)監(jiān)控飛行數(shù)據(jù)鏈（arinc）并匯總數(shù)據(jù)，以報(bào)告的方式記錄。該方法操作簡(jiǎn)單，監(jiān)控范圍廣，減少了輸出的數(shù)據(jù)量，提高了精度。但最初投入費(fèi)用高，對(duì)監(jiān)控人員的專業(yè)水平要求高。（4） 實(shí)時(shí)監(jiān)控和人工智能飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)（acms）與飛機(jī)通性尋址和報(bào)告系統(tǒng)（acars）聯(lián)用，實(shí)時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)傳遞給地面維修工程部門(mén)，同時(shí)利用人工智能系統(tǒng)進(jìn)行故障隔離和判斷，及時(shí)分析研究，并采取措施。該方法除具有飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)外，還增加了“實(shí)時(shí)（real time）”性，能及時(shí)分析研究并采取措施，地面能對(duì)機(jī)組的操作及時(shí)給予指導(dǎo)，提前做好地面維修準(zhǔn)備。這樣可以提高飛行安全性。減少地面維修停

10、場(chǎng)時(shí)間。以上四種方法，實(shí)際上反映了發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控的發(fā)展過(guò)程，該過(guò)程可形象的表示為圖2.1。它由100的人工監(jiān)控發(fā)展到100的機(jī)器監(jiān)控，形成了完善的監(jiān)控方法。發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控主要包括系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)采集；采集的數(shù)據(jù)由單個(gè)的點(diǎn)參數(shù)改變?yōu)橼厔?shì)參數(shù)；使用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，又使監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)構(gòu)成全機(jī)隊(duì)的綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。機(jī)載記錄和飛機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，均可用以下幾種方式獲取數(shù)據(jù)：機(jī)載打印機(jī)；快速存取記錄器轉(zhuǎn)錄或取下光盤(pán)（光學(xué)qar）；取下機(jī)載數(shù)據(jù)裝載器（adc）的軟盤(pán)。還可以通過(guò)飛機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)實(shí)時(shí)取得數(shù)據(jù)。 圖2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控的發(fā)展現(xiàn)代民用民航發(fā)動(dòng)機(jī)采用視情維修策略，必然要求實(shí)行狀態(tài)監(jiān)控工作。實(shí)行狀態(tài)監(jiān)控的具體意義如下：（1）幫

11、助調(diào)查由下述原因造成的問(wèn)題¾ 由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作小時(shí)數(shù)和循環(huán)次數(shù)的增長(zhǎng)或氣路損傷造成的發(fā)動(dòng)機(jī)氣路狀態(tài)的改變；¾ 控制系統(tǒng)和引氣系統(tǒng)的故障；¾ 判斷儀表故障。（2）及時(shí)有效的維修，將單個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)與整個(gè)機(jī)隊(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能機(jī)隊(duì)比較；針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)和有效地進(jìn)行維修，可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車(chē)、飛機(jī)延誤和取消，以及發(fā)動(dòng)機(jī)的非計(jì)劃拆換。（3）幫助平衡發(fā)動(dòng)機(jī)送修（進(jìn)廠）的工作量和費(fèi)用。（4）根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的結(jié)果而形成的維修決策，既可控制計(jì)劃維修中的“早修”，又可防止“失修”。（5）以許多定期監(jiān)測(cè)點(diǎn)代替計(jì)劃維修中的定期維修點(diǎn)，因而減少了材料消耗和維修工作量

12、。可避免修理不當(dāng)而引起的人為故障，從而保障了設(shè)備的可靠性。（6）以可靠性理論為依據(jù)，以狀態(tài)監(jiān)控結(jié)論為前提，可有針對(duì)性地實(shí)施修理或保養(yǎng)。發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控的主要好處可以用圖2.2和圖2.3表示：圖2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控的好處 圖2.3 某型發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)控的經(jīng)濟(jì)效益2.2 民航發(fā)動(dòng)機(jī)主要監(jiān)控技術(shù)現(xiàn)代航空公司的發(fā)動(dòng)機(jī)一般采用視情維修方式，視情維修的重要基礎(chǔ)就是及時(shí)掌握發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況，也就是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控。發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常信息，通過(guò)分析、判斷異常及時(shí)發(fā)現(xiàn)、排除故障和潛在故障，保障航空安全，延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝機(jī)壽命，同時(shí)也可節(jié)約維修費(fèi)用。發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)控包括下面幾個(gè)方面:(1)發(fā)

13、動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)控，通常由發(fā)動(dòng)機(jī)的指示系統(tǒng)來(lái)完成;(2)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)控;(3)滑油監(jiān)控;(4)egt裕度影響因數(shù)分析;（5）發(fā)動(dòng)機(jī)氣路參數(shù)分析，即目前各發(fā)動(dòng)機(jī)廠家所采用的“飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)”。2.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)控對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)控通常包括發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)工作狀況的顯示及相應(yīng)的警告信息。在老型飛機(jī)上，這些通常在駕駛艙內(nèi)的儀表板上顯示。顯示的發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)的主要工作參數(shù)，如:轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)壓比(epr)、排氣溫度(egt)和燃油流量，發(fā)動(dòng)機(jī)的次要參數(shù)如:滑油量、滑油壓力和溫度。這些顯示不僅為駕駛員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的控制操縱提供了必要的顯示和反映，而且也顯示了發(fā)動(dòng)機(jī)的工

14、作和健康狀況，從中可以看出發(fā)動(dòng)機(jī)工作是否正常，有沒(méi)有出現(xiàn)超轉(zhuǎn)、超溫等現(xiàn)象或征兆。發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)的顯示通常包括油濾填塞警告,啟動(dòng)活門(mén)開(kāi)關(guān)指示,防冰活門(mén)開(kāi)關(guān)指示等。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)的指示系統(tǒng)也由當(dāng)初的機(jī)械電氣式儀表發(fā)展到模擬電子線路式和現(xiàn)代的由計(jì)算機(jī)控制的“發(fā)動(dòng)機(jī)指示和機(jī)組警告系統(tǒng)(eicas)”。波音公司首先在其b757飛機(jī)上采用了這套技術(shù)。eicas用顯示屏替代了原先的儀表板，它不僅能顯示有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作情況的參數(shù)，而且還能顯示有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)維護(hù)的信息，告戒警告信息和與飛機(jī)派遣有關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)狀況的信息。維護(hù)信息:此信息供地勤人員使用，在飛行中這些信息被抑制。其主要是用來(lái)幫助維護(hù)人員排除故

15、障和檢查主要系統(tǒng)的情況，并記錄飛行中發(fā)生故障時(shí)各系統(tǒng)的工作參數(shù)，以便在地面維護(hù)時(shí)讀出。維護(hù)人員通過(guò)維護(hù)選擇面板來(lái)選擇所要看的系統(tǒng)的情況。狀況信息:飛機(jī)派遣前作檢查或地勤人員維護(hù)時(shí)使用此信息，來(lái)檢查發(fā)動(dòng)機(jī)是否滿足派遣條件，或幫助維護(hù)人員采取必要的維護(hù)措施。其所顯示的內(nèi)容可通過(guò)控制面板來(lái)選擇，除發(fā)動(dòng)機(jī)的信息之外，還有與飛機(jī)各系統(tǒng)有關(guān)的信息，如:方向舵、襟翼、副翼等的位置。在工作過(guò)程中，eicas計(jì)算機(jī)還能根據(jù)對(duì)輸入eicas系統(tǒng)的參數(shù)的監(jiān)控情況，自動(dòng)產(chǎn)生警告(warning)、告戒(caution)和提醒(advisory)三種警告信息，以便讓駕駛員及時(shí)了解發(fā)動(dòng)機(jī)的異常情況，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。（1

16、）警告信息:表示一種要求立即采取修正或補(bǔ)償措施的工作情況。是警告信息中最嚴(yán)重的，如發(fā)動(dòng)機(jī)火警。這種信息通常用紅色文字顯示，且伴有警告聲音。（2）告戒信息:表示要求駕駛員即刻知道并應(yīng)很快就應(yīng)采取修正或補(bǔ)償措施的工作情況。其告警等級(jí)稍低于警告信息，通常用琥珀色文字來(lái)顯示，且無(wú)警告聲音。（3）提醒信息:只是為駕駛員提供一些不正常的工作情況，以便在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候予以改正，此信息也用琥珀色文字來(lái)顯示。為了與告戒信息區(qū)別，其顯示格式與告戒信息不同。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，若某些參數(shù)超限，eicas不但可以給出相應(yīng)的告警信息(包括文字、燈光和聲音三種)，而且還會(huì)自動(dòng)儲(chǔ)存超限情況(包括超限的最大值，持續(xù)時(shí)間及相關(guān)的其

17、他參數(shù))。地面維護(hù)時(shí)，把這些記錄讀出，以幫助維護(hù)人員分析超限原因及故障排除方法。但這種存儲(chǔ)要受內(nèi)存空間的限制，維護(hù)人員應(yīng)根據(jù)維修手冊(cè)的要求定期檢查存儲(chǔ)情況，以避免存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的丟失。2.2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)控渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由盤(pán)、軸、葉片等零部件組裝而成。這些部件在加工制造過(guò)程中都有一定的偏差，相應(yīng)組裝成轉(zhuǎn)子后，也不可能作到完全平衡，而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是一高速旋轉(zhuǎn)部件，這種不平衡在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生一定程度的振動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家對(duì)轉(zhuǎn)子都有一定的不平衡度要求，發(fā)動(dòng)機(jī)出廠時(shí)都應(yīng)滿足此要求，并且廠家也規(guī)定了發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中所允許的最大振動(dòng)值，只要發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)值不超過(guò)此限制值，則是允許的。發(fā)動(dòng)機(jī)在使用過(guò)程中

18、，由于磨損或損傷等原因也會(huì)引起轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，因此在飛機(jī)上，都裝有發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，用來(lái)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)情況。發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)包括振動(dòng)信號(hào)傳感器，振動(dòng)信號(hào)分析儀和振動(dòng)指示三部分。振動(dòng)信號(hào)傳感器裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上能感受發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的部位，如軸承的支承座、渦輪機(jī)匣或風(fēng)扇機(jī)匣等。振動(dòng)信號(hào)傳感器有三種，位移型、速度型和加速度型。在現(xiàn)代渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上用的最多的為加速度型振動(dòng)傳感，這種振動(dòng)傳感器是利用壓電晶體的壓電效應(yīng)來(lái)感受振動(dòng)信號(hào)的。在選擇振動(dòng)信號(hào)傳感器時(shí)，方向敏感性是應(yīng)考慮的一個(gè)重要因素。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，振動(dòng)信號(hào)傳感器感受到振動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)。對(duì)于加速度型振動(dòng)信號(hào)傳感器，其產(chǎn)生的信號(hào)正比于加速度的大小

19、。這一信號(hào)被送到振動(dòng)信號(hào)分析儀，在這里經(jīng)濾波，對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)的高低壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，把信號(hào)分成不同的波段，然后對(duì)不同的頻率波段進(jìn)行連續(xù)跟蹤，找出其中最大的振動(dòng)值，并把此值傳給顯示裝置。萬(wàn)一出現(xiàn)振動(dòng)過(guò)大，則給出警告信息(在eicas系統(tǒng)中)，以告知駕駛員，或自動(dòng)儲(chǔ)存起來(lái)，以方便維護(hù)人員檢查。發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)增加或超限，可能由下列原因造成:（1）工作葉片折斷或部分損壞。如風(fēng)扇葉片或壓氣機(jī)葉片的外來(lái)物損傷。（2）工作葉片安裝不合適，尤其是現(xiàn)代渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇葉片，可在外場(chǎng)更換。安裝時(shí)一定要小口，確保各部件都要安裝得恰當(dāng)?shù)轿弧＃?）轉(zhuǎn)子上有部件丟失，如螺栓、螺帽等。（4）工作葉片或轉(zhuǎn)子變形。（5）轉(zhuǎn)子軸承不同軸或

20、軸承磨損。（6）在單元體更換時(shí)，聯(lián)軸器的安裝或聯(lián)接螺栓擰緊不當(dāng)。發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)為機(jī)組和維護(hù)人員提供了一個(gè)連續(xù)不斷的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)指示，一旦發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值有不斷增加的趨勢(shì)或突然增加，則說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了故障，應(yīng)及時(shí)采取措施排除故障。2.2.3 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的滑油監(jiān)控 渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的滑油監(jiān)控，一般包括監(jiān)控:（1）滑油系統(tǒng)工作狀態(tài)。（2）滑油中的金屬屑。（3）滑油的品質(zhì)狀況。滑油系統(tǒng)工作狀態(tài)參數(shù)監(jiān)控是通過(guò)機(jī)身上的機(jī)載設(shè)備來(lái)完成的，另外兩項(xiàng)是利用地面實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備離線分析來(lái)完成的。（1）滑油系統(tǒng)工作狀態(tài)監(jiān)控滑油壓力是滑油系統(tǒng)中的一個(gè)重要參數(shù)，它直接影響潤(rùn)滑油量的大小，近而影響潤(rùn)滑效果和冷卻效果，所以對(duì)滑油壓

21、力的測(cè)量在早期活塞發(fā)動(dòng)機(jī)上就有。在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上不但有滑油壓力指示，而且還有滑油壓力低警告指示。當(dāng)滑油壓力低到一定值時(shí)，此指示會(huì)給出顯示，以提醒駕駛員，并且作為強(qiáng)制性命令，發(fā)動(dòng)機(jī)廠家都有規(guī)定:當(dāng)滑油壓力低到一定值時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)必須停車(chē)。滑油管路漏油或油泵故障等是造成油壓低的原因之一?；蜏囟纫彩且粋€(gè)很重要的參數(shù)?；蜏囟炔坏芊从嘲l(fā)動(dòng)機(jī)軸承和齒輪等的工作狀態(tài)，影響滑油的粘度;而且，滑油溫度過(guò)高還會(huì)改變滑油的特性(焦化、氧化)或損壞軸承的封嚴(yán)。滑油溫度即可在供油路上測(cè)量，也可在回油路上測(cè)量。在渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上通常采用燃油/滑油熱交換器來(lái)冷卻滑油，所以散熱器中燃油管路的堵塞、空氣滑油散熱器表面很臟都會(huì)造成滑

22、油溫度升高。另外，滑油通氣系統(tǒng)堵塞也會(huì)造成滑油溫度升高。對(duì)于滑油量的監(jiān)控，早期一般在滑油箱上采用油尺或目視鏡，由地面維護(hù)人員在作日常維護(hù)時(shí)來(lái)檢查油箱的滑油量。但現(xiàn)代的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在駕駛艙中也設(shè)有滑油量指示，在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，其可提供連續(xù)不斷的滑油量指示。通過(guò)對(duì)滑油量的監(jiān)控，可發(fā)現(xiàn)滑油消耗量的變化趨勢(shì)。軸承封嚴(yán)的損壞或滑油冷卻器的故障都會(huì)造成滑油消耗量加大。因此，滑油消耗量的變化情況反映了發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磨損情況?；拖到y(tǒng)的另外一個(gè)警告是油濾旁通警告?；椭械碾s質(zhì)或滑油溫度太低都會(huì)造成油濾的堵塞。油濾上裝有旁通活門(mén)，當(dāng)油濾堵塞到一定程度時(shí)，旁通活門(mén)會(huì)打開(kāi)，以保證滑油旁通過(guò)油濾而繼續(xù)流動(dòng)。在油濾的進(jìn)、

23、出口裝一個(gè)壓差電門(mén)，其感受油濾進(jìn)出口的壓差，當(dāng)此壓差達(dá)到或接近油濾旁通活門(mén)打開(kāi)壓差時(shí)，此電門(mén)閉合，而使駕駛艙內(nèi)的滑油濾旁通警告指示燈亮，以提醒駕駛員油濾已堵塞。飛機(jī)回場(chǎng)后，維護(hù)人員應(yīng)及時(shí)采取措施，排除故障。有的發(fā)動(dòng)機(jī)在油濾殼體上還設(shè)有機(jī)械式油濾旁通指示器(或叫彈出式油濾堵塞指示器)，以便維護(hù)人員在做維護(hù)/檢查時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。（2）滑油中金屬屑的分析發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，盡管有滑油潤(rùn)滑，但相互接觸的運(yùn)動(dòng)部件之間還是存在一定的磨損，因此，在滑油中可能懸浮有金屬顆粒。若磨損嚴(yán)重，還會(huì)引起某些零件掉皮或掉塊。尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)的主軸承，有可能出現(xiàn)掉皮或滑蹭現(xiàn)象。一般滾棒軸承容易出現(xiàn)的故障為掉皮或由于疲勞而引起

24、的疲勞剝落(麻點(diǎn))。這種損傷產(chǎn)生的金屬顆粒較大，直徑在100到1 000微米范圍之內(nèi)，容易發(fā)現(xiàn)和區(qū)分。而滾珠軸承的損傷所產(chǎn)生的顆粒較小。軸承滑蹭所產(chǎn)生的金屬顆粒的直徑一般小于25微米，但若不及時(shí)排除，則會(huì)引起軸承的快速磨損。因此，通過(guò)對(duì)滑油中金屬顆粒的分析可判別磨損的類型。滑油中金屬顆粒分析的目標(biāo)是預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)將要出的故障，而不是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)送修了，再對(duì)滑油進(jìn)行分析來(lái)確定故障。對(duì)滑油中金屬顆粒的監(jiān)控可分為兩大類:一類為機(jī)載的金屬屑監(jiān)控設(shè)備，如磁性屑探測(cè)器，即在回油路的不同部位設(shè)置磁性屑探測(cè)器來(lái)搜集這些金屬屑，維護(hù)人員定期對(duì)磁性屑探測(cè)器進(jìn)行檢查，若發(fā)現(xiàn)金屬屑超量或塊大，則說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部磨損嚴(yán)重或有

25、損傷，應(yīng)及時(shí)采取措施。有的磁性屑探測(cè)器還配有控制電路，當(dāng)金屬屑量多了或有大塊的，則電路接通，在駕駛艙里給出警告。另外通過(guò)分析附著在油濾上的雜質(zhì)，也可判斷發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磨損情況。隨著監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展，一些新的機(jī)載金屬屑探測(cè)器如離心式顆粒分離器、金屬屑量監(jiān)控器等也會(huì)被應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)上。另一類為維護(hù)人員利用滑油取樣，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行的滑油分析。如:（1）滑油光譜分析。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)中的部件是由合金制成的，而組成合金的主要元素有鋁、鐵、鉻、銅、錫、鎂、鉛、鎳等。每種金屬顆粒在電弧或火花的激發(fā)下都會(huì)發(fā)出特定的光譜，譜線的位置和波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)一定的金屬，而光的強(qiáng)度，則反應(yīng)了此金屬的含量。在作光譜分析時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按維護(hù)手冊(cè)的規(guī)

26、定來(lái)取滑油樣品。通常是在發(fā)動(dòng)機(jī)停車(chē)后，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行勤務(wù)之前，從油箱中無(wú)沉淀的地方取樣。（2）滑油鐵譜分析。此種方法是利用顯微鏡來(lái)觀察滑油中金屬顆粒的大小、形狀和金屬顆粒的分布規(guī)律，以此來(lái)分析判斷發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的磨損情況。（3）滑油品質(zhì)監(jiān)控渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)使用的滑油為人工合成滑油，是由礦物質(zhì)油和從動(dòng)植物中提取的二元酸酯混合而成，而不是純礦物質(zhì)滑油。在長(zhǎng)期使用過(guò)程中滑油可能被氧化、酸化、分解，或被燃油稀釋，從而改變它的特性，影響滑油效果。通過(guò)觀察滑油顏色的變化或在實(shí)驗(yàn)室中的化學(xué)分析，可判斷滑油是否變質(zhì)，是否能繼續(xù)使用。新鮮航空滑油的顏色較明亮，使用后由于氧化所生成的膠質(zhì)及沉淀的影響，會(huì)使滑油變暗。如果滑油氧

27、化強(qiáng)烈，它就變?yōu)榈t色。嚴(yán)重過(guò)熱時(shí)，還可能聞到滑油燒焦的味道，且它里面還會(huì)有小的黑顆粒，而使滑油變成暗黑色。在作化學(xué)分析時(shí)，一定要注意取樣的方法、設(shè)備和取樣的頻率。若能很成功地對(duì)滑油系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，則可有效地預(yù)估和預(yù)防發(fā)動(dòng)機(jī)故障，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命，提高維護(hù)的靈活性，降低維修成本?；拖穆视?jì)算公式目前航空公司都采用如下的公式作為滑油消耗率的計(jì)算公式。其中：oilrate 滑油消耗率是滑油添加量是此次滑油添加和上次滑油添加量之間，發(fā)動(dòng)機(jī)所在飛機(jī)的飛行時(shí)間而這樣計(jì)算得到的一系列發(fā)動(dòng)機(jī)滑油消耗率波動(dòng)較大，不便于分析，為了更好的分析采用將連續(xù)5次的滑油消耗率求個(gè)平均值，作為第5次的滑油消耗率，如下面

28、的公式。其中：滑油消耗率的平均值ri第i次的滑油消耗率2.2.4 egt裕度影響因素分析從發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)角度分析，發(fā)動(dòng)機(jī)性能衰退的主要原因有三個(gè)：泄漏損失、輪廓改變和表面光潔度變化引起的損失18。Ø 空氣泄漏空氣泄漏是發(fā)動(dòng)機(jī)效率降低、性能衰退的主要原因?？諝庑孤┘劝l(fā)生在轉(zhuǎn)子葉片尖部同機(jī)匣之間，又發(fā)生在靜子葉片同轉(zhuǎn)子之間。泄漏量的增加主要是由于轉(zhuǎn)子和靜子刮磨引起。Ø 流路臺(tái)階在流路中向前的臺(tái)階引起激波損失，通常應(yīng)避免。Ø 表面光潔度光滑的表面光潔度對(duì)性能有較小的影響。當(dāng)光滑的表面逐漸變得粗糙，從某一值開(kāi)始衰退增加，光潔表面變得越粗糙，衰退量越大。從發(fā)動(dòng)機(jī)使用角度分析，

29、發(fā)動(dòng)機(jī)性能衰退主要由以下原因造成的：¾ 飛機(jī)氣路的原因指氣流通過(guò)壓氣機(jī)、燃燒室及渦輪時(shí)，由于個(gè)別單元體的效率下降，或者由于整個(gè)核心機(jī)隨使用時(shí)間增加而導(dǎo)致效率下降，從而引起排氣溫度升高。¾ 油系統(tǒng)的原因由于燃油系統(tǒng)的故障，如噴嘴安裝位置誤差或積炭致使霧化不良造成局部超溫；燃油計(jì)量裝置故障使eec感受錯(cuò)誤信息致使油量增大等等都可造成egt超溫或局部超溫現(xiàn)象。¾ 故障方面原因指發(fā)動(dòng)機(jī)處于故障狀態(tài)工作時(shí)引起的egt超溫，比如鳥(niǎo)撞或外來(lái)物致葉片損失，起飛滑跑時(shí)發(fā)生喘振、起動(dòng)過(guò)程中提早關(guān)閉放氣活門(mén)或不該打開(kāi)時(shí)打開(kāi)放氣活門(mén)等都有可能使egt超溫。¾ 人為因素致使egt

30、超溫實(shí)踐證明，發(fā)動(dòng)機(jī)超溫大多數(shù)是人為原因造成的。¾ 環(huán)境變化引起egt超溫如高海拔低氣壓地區(qū)，嚴(yán)寒條件下啟動(dòng)，或和或空氣中水分、鹽分及微塵含量過(guò)高等都會(huì)使egt升高。提高egt裕度的措施作為發(fā)動(dòng)機(jī)用戶的各個(gè)航空公司主要采用降低排氣溫度的方法來(lái)提高egt裕度，目前能有效降低egt溫度的措施有一下幾個(gè)方面：¾ 高壓渦輪主動(dòng)間隙控制技術(shù)壓氣機(jī)或渦輪的動(dòng)葉葉尖徑向間隙是影響egt的重要因素之一，通過(guò)提高發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪間隙來(lái)提高egt值，例如cfm56-3發(fā)動(dòng)機(jī)在這方面作的就很好。¾ 減推力起飛根據(jù)飛機(jī)的負(fù)載和其他情況，在一般大氣溫度和航空安全的前提下，來(lái)降低起飛推力，從而

31、大大增加egt裕度，這項(xiàng)措施有較高的實(shí)用價(jià)值。¾ 發(fā)動(dòng)機(jī)清洗通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道、風(fēng)扇葉片及整個(gè)核心機(jī)氣路用一定壓力的水（或溶液）沖洗，一般可獲得5-10的egt裕度，個(gè)別可達(dá)15之多。此方法簡(jiǎn)單省時(shí)收效快，被航空公司所廣為采用。¾ 風(fēng)扇葉片及防磨帶檢查目前常用渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇產(chǎn)生推力占總推理力的80左右，一旦風(fēng)扇效率下降對(duì)推力影響較大，且直接影響egt。因此加強(qiáng)對(duì)風(fēng)扇葉片機(jī)防磨帶檢查，可提高風(fēng)扇效率從而降低排氣裕度。¾ 大修中提高egt裕度當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)大修時(shí)，根據(jù)各單元體對(duì)egt裕度的影響，制定不同的維修方案，提高egt裕度。2.2.5 氣路參數(shù)監(jiān)控民航發(fā)動(dòng)機(jī)的核心部件

32、是氣路系統(tǒng)部件，包括壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪。氣路部件的一些熱力參數(shù)可反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)性能變化，如：溫度（發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度）、壓力、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、燃油流量等。這些參數(shù)可由機(jī)載設(shè)備直接采集，也叫做發(fā)動(dòng)機(jī)可測(cè)參數(shù)。氣路參數(shù)分析就是在起飛階段和巡航階段分別分析參數(shù)的變化情況，再把這些參數(shù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的數(shù)值與發(fā)動(dòng)機(jī)廠家所給定的該型發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)性能參數(shù)進(jìn)行比較，看偏差的變化情況。通過(guò)對(duì)偏差的分析以及偏差變化趨勢(shì)分析，來(lái)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差異?；騾?shù)的變化趨勢(shì)異常，并分析出產(chǎn)生異常的原因，為預(yù)防和排除故障提供依據(jù)。表2.1列出了一般情況下民航發(fā)動(dòng)機(jī)在起飛階

33、段和巡航階段需要監(jiān)控的氣路可測(cè)參數(shù)。表2.1民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路監(jiān)控參數(shù)列表飛行階段監(jiān)控參數(shù)參數(shù)解釋起飛階段egt裕度起飛階段的排氣溫度裕度n2裕度起飛階段的高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速裕度巡航階段egt偏差egt與基線值的偏差n2偏差n2與基線值的偏差ff偏差燃油流量與基線值的偏差n1偏差n1與基線值的偏差發(fā)動(dòng)機(jī)氣路參數(shù)分析民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路上的參數(shù)（壓力、溫度等）和發(fā)動(dòng)機(jī)各氣動(dòng)部件的特性（效率、流通能力等），兩者間存在嚴(yán)格的氣動(dòng)熱力學(xué)關(guān)系。因此，可以通過(guò)測(cè)量氣路參數(shù)的變化判斷發(fā)動(dòng)機(jī)部件特性的變化。一般情況下，氣路參數(shù)分析包括參數(shù)偏差分析、參數(shù)偏差趨勢(shì)分析和參數(shù)裕度監(jiān)控。參數(shù)偏差分析是根據(jù)可測(cè)參數(shù)的偏差來(lái)估計(jì)性能參數(shù)

34、的偏差，從而達(dá)到分析發(fā)動(dòng)機(jī)性能變化的目的?？蓽y(cè)參數(shù)值的升高或下降反映了發(fā)動(dòng)機(jī)性能的變化。監(jiān)控參數(shù)發(fā)展趨勢(shì)也是數(shù)據(jù)分析的重要內(nèi)容。一般情況下，趨勢(shì)分析是綜合分析多個(gè)參數(shù)的變化趨勢(shì)，這是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)是個(gè)有機(jī)的整體，各個(gè)性能參數(shù)之間是密切相關(guān)的，變化趨勢(shì)的組合反映了性能變化的不同情況。表2.1是巡航狀態(tài)下cf6型民航發(fā)動(dòng)機(jī)的三個(gè)重要參數(shù)egt，ff，n2的變化趨勢(shì)監(jiān)控。表2.2 性能參數(shù)趨勢(shì)監(jiān)控參數(shù)變化趨勢(shì)民航發(fā)動(dòng)機(jī)可能的性能衰退情況degtdefdn2upupup1 high-pressure compressor damage2 excessive/abnormal air bleed or le

35、akage3 vbv tracking shift (open)4 low-pressure compressor efficiency loss5 combustor deterioration6 n1 indication error (indicates low)upupdn1 high-pressure compressor efficiency loss2 high-pressure turbine efficiency loss/damage3 combustor deterioration4 vsv tracking shift opendn or ncup or ncup1 v

36、sv tracking shift closed2 n2 indication error (high) if no change in egt and fuel flowup or ncup or ncdn1 vsv tracking shift open2 n2 indication error ( low ) if no change in egt and fuel flowdndndn1. n1 indication error ( indicates high )ncupnc1, fuel flow ( wf ) indication error ( high )ncdnnc1. f

37、uel flow indication error ( low )upncnc1. egt indication error ( high )dnncnc1. egt indication error ( low )dnupdn1. tat indication error ( high )up dn up1. tat indication error ( low )degt = delta egt，def = delta fuel flow，dn2= delta dn2民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路可測(cè)參數(shù)裕度監(jiān)控主要是起飛狀態(tài)下的egt裕度監(jiān)控。飛機(jī)在起飛過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度(egt)隨著外界溫度的升

38、高而升高。在平推力點(diǎn)以后，為防止發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度隨著外界溫度升高而繼續(xù)升高，避免達(dá)到或超出發(fā)動(dòng)機(jī)的紅線，即發(fā)動(dòng)機(jī)超溫，將依靠減少推力來(lái)保持發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度(egt)基本恒定，起飛egt裕度即為發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度(egt)距離發(fā)動(dòng)機(jī)紅線值的差值。如有起飛egt裕度，那么在高度恒定條件下，無(wú)論外界溫度如何變化，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度都不會(huì)達(dá)到或超出紅線值，即不會(huì)發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)超溫。因此，起飛狀態(tài)下的egt裕度是民航發(fā)動(dòng)機(jī)性能狀態(tài)的主要衡量指標(biāo)。 氣路參數(shù)分析一般都是利用計(jì)算機(jī)來(lái)完成的。需要記錄和分析的參數(shù)包括發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度(egt)，發(fā)動(dòng)機(jī)壓比(epr)，燃油流量，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值，滑油溫度、壓力和滑

39、油量，發(fā)動(dòng)機(jī)引氣狀態(tài)，可調(diào)進(jìn)口導(dǎo)向葉片和可調(diào)靜子葉片的位置，發(fā)動(dòng)機(jī)維修情況(如單元體的更換)等。另外，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時(shí)，還需要一些與飛行有關(guān)的參數(shù)，如:大氣溫度、壓力，飛行高度，飛行速度，飛行狀態(tài)等。這些參數(shù)記錄的準(zhǔn)確程度直接影響分析結(jié)果的好壞。因此，參數(shù)的記錄和輸入是一個(gè)關(guān)鍵的問(wèn)題，必須要嚴(yán)格控制數(shù)據(jù)的精度。目前數(shù)據(jù)的記錄與輸入有兩種方式:一種是人工記錄與輸人，即由飛行員在飛行過(guò)程中根據(jù)要求記錄需要的參數(shù)，然后由地面監(jiān)控人員再把數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)。這種方法由于記錄的原因，可能會(huì)存在一定的誤差，從而影響分析結(jié)果;另一種方法為自動(dòng)記錄和輸入，即利用機(jī)載的飛行數(shù)據(jù)記錄儀(flight data re

40、corder)或數(shù)字式飛行數(shù)據(jù)獲取裝置(digital flight data acquisition unit)來(lái)自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，然后再把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到磁帶或計(jì)算機(jī)用的軟盤(pán)上，輸人計(jì)算機(jī)，這種記錄方法可完全按分析程序的要求準(zhǔn)確地記錄所需的參數(shù)。將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是利用現(xiàn)代通信設(shè)備，把自動(dòng)記錄的數(shù)據(jù)從飛機(jī)上直接發(fā)送到地面的計(jì)算中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控。輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理，計(jì)算后，給出:(1)巡航狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)分析。(2)起飛狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)分析，即起飛egt裕度計(jì)算或起飛海平面高度大氣溫度極限值(s aoatl)計(jì)算，并根據(jù)用戶的要求，生成所監(jiān)控參數(shù)的變化趨勢(shì)圖，自動(dòng)生成報(bào)

41、警信息等。這樣用戶可根據(jù)趨勢(shì)圖或報(bào)警信息，來(lái)分析所監(jiān)控參數(shù)的偏差情況，并根據(jù)對(duì)偏差大小的分析以及偏差的變化趨勢(shì)，判斷發(fā)動(dòng)性能衰退情況以及有無(wú)故障，或哪些故障引起的此偏差，使用戶能及時(shí)找出故障原因，以便合理地計(jì)劃發(fā)動(dòng)機(jī)換發(fā)，更好地利用維護(hù)車(chē)間，避免不必要的拆裝，提高工作效率，縮短維修時(shí)間，降低維修成本。綜上所述，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)控，不僅能為發(fā)動(dòng)機(jī)的操縱提供指示和反應(yīng)，顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀況，而且更主要的是通過(guò)充分利用監(jiān)控技術(shù)，能有效地分析、判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀況，為發(fā)動(dòng)機(jī)的使用、維護(hù)提供可靠的、可信的參考依據(jù)。另外，從各種的監(jiān)控方法我們可以看出,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)測(cè)通常并不需要做大量的檢測(cè)和觀測(cè),只需要通

42、過(guò)對(duì)一些關(guān)鍵的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和測(cè)量,通過(guò)不同參數(shù)的變化,以確定發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)的部件的工作狀態(tài),即通過(guò)參數(shù)的變化即可推測(cè)出發(fā)動(dòng)機(jī)上的部件的性能的變化,所以,如果我們能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)已有的參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè),也就能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。第三章 基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)動(dòng)機(jī)性能趨勢(shì)預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一種新的方法體系，具有分布并行處理、非線性映射、自適應(yīng)學(xué)習(xí)等特性，這使得它在模式識(shí)別、控制優(yōu)化、智能信息處理以及故障診斷等方面都有廣泛的應(yīng)用。目前,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究可以分為理論和應(yīng)用研究?jī)纱蠓矫妗Ｆ渲?應(yīng)用研究可分為以下兩類：（1） 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的軟件模擬和硬件實(shí)現(xiàn)的研究。（2） 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用的研究，這些領(lǐng)域主要包

43、括模式識(shí)別、信號(hào)處理、知識(shí)工程、專家系統(tǒng)、優(yōu)化組合、智能控制等。隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論本身以及相關(guān)理論、相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，身機(jī)關(guān)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用必將更加深入和廣泛。3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介3.1.1 神經(jīng)元模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本單元稱為神經(jīng)元，它是對(duì)生物神經(jīng)元的簡(jiǎn)化與模擬。神經(jīng)元的特性在某中程度上決定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的總體特性。大量簡(jiǎn)單神經(jīng)元的相互連結(jié)皆構(gòu)成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)典型的具有n維輸入的神經(jīng)元模型可以用圖3.1加以0描述。圖3.1 神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型xi是神經(jīng)元的n個(gè)輸入，是輸入的連接權(quán)值，求和單元完成輸入值的加權(quán)和。一個(gè)非線形激勵(lì)函數(shù)起非線形映射作用。神經(jīng)元的作用可用下面的數(shù)學(xué)式表達(dá)。=- 公式（3.1）=

44、公式（3.2）常用的激勵(lì)函數(shù)有線形函數(shù)、分段線形函數(shù)、sigmoid函數(shù)、雙曲正切函數(shù)等。3.1.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與類型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量簡(jiǎn)單神經(jīng)元相互連結(jié)構(gòu)成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。單個(gè)神經(jīng)元的功能是有限的，只有用許多神經(jīng)元按一定的規(guī)則連接，構(gòu)成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)才具有強(qiáng)大的功能。單元之間的互連模式將對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)和功能產(chǎn)生重要的影響。本小節(jié)介紹幾種常見(jiàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的類型多種多樣，它們是從不同角度對(duì)生物神經(jīng)系統(tǒng)不同層次的抽象和模擬。從功能特性和學(xué)習(xí)特性來(lái)分，典型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型主要包括感知器、線性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、徑向基網(wǎng)絡(luò)、徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)、自組織映射網(wǎng)絡(luò)和反饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)神經(jīng)元模型確定之后，一個(gè)神

45、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的特性及其功能主要取決于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及學(xué)習(xí)方法。從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)角度來(lái)看，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以分為以下四種基本形式。i. 前向網(wǎng)絡(luò)ii. 從輸出到輸入有反饋的前向網(wǎng)絡(luò)iii. 層內(nèi)互連前向網(wǎng)絡(luò)iv. 互連網(wǎng)絡(luò)3.1.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿真神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的仿真過(guò)程實(shí)質(zhì)上是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)值計(jì)算得出響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的過(guò)程。通過(guò)仿真，我們可以及時(shí)了解當(dāng)前神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能，從而決定是否對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行進(jìn)一步訓(xùn)練。3.1.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練學(xué)習(xí)特性是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本特性，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值和閾值的調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)學(xué)習(xí)過(guò)程的組織和管理方式不同，學(xué)習(xí)算法可分為有監(jiān)督學(xué)習(xí)和無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)兩大類。3.

46、2 徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及學(xué)習(xí)算法圖3.2徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)徑向基函數(shù)（radial basic function，rbf）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由三層組成，其結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。輸入層節(jié)點(diǎn)只傳遞輸入信號(hào)到隱層，隱層節(jié)點(diǎn)由像高斯核函數(shù)那樣的輻射狀作用函數(shù)構(gòu)成，而輸出層節(jié)點(diǎn)通常是簡(jiǎn)單的線形函數(shù)。隱層節(jié)點(diǎn)中的作用函數(shù)（基函數(shù)）對(duì)輸入信號(hào)將在局部產(chǎn)生響應(yīng)，也就是說(shuō)，當(dāng)輸入信號(hào)靠近基函數(shù)的中央范圍時(shí)，隱層節(jié)點(diǎn)將產(chǎn)生較大的輸出，由此看出來(lái)這種網(wǎng)絡(luò)具有局部逼近能力，所以徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)也稱為局部感知場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。作為基函數(shù)的形式，有以下幾種： 公式（3.3） 1/ 公式（3.4） 公式（3.5）上面這些函數(shù)都是徑向?qū)ΨQ的，但最

47、常用的是高斯函數(shù)： 公式（3.6）其中x是n維輸入向量；是第i個(gè)基函數(shù)的中心，與x具有相同維數(shù)的向量，是第i個(gè)感知的變量（可以自由選擇的參數(shù)），它決定了該基函數(shù)圍繞中心點(diǎn)的寬度；m是感知單元的個(gè)數(shù)。是向量的范數(shù)，它通常表示x和之間的距離,在處有一個(gè)唯一的最大值，隨著的增大，迅速衰減到零。對(duì)于給定的輸入，只有一小部分靠近x的中心被激活。從圖3.2可以看出，輸入層實(shí)現(xiàn)從的非線形映射，輸出層實(shí)現(xiàn)從到的線形映射，即 公式（3.7）其中p是輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)。上述采用的高斯基函數(shù)，具備如下優(yōu)點(diǎn)：（1） 表現(xiàn)形式簡(jiǎn)單，即使對(duì)于多變量輸入也不增加太多的復(fù)雜性。（2） 徑向?qū)ΨQ。（3） 光滑性好，任意階導(dǎo)數(shù)均存在。（

48、4） 由于該基函數(shù)表示簡(jiǎn)單且解析性好，因而便于進(jìn)行理論分析?？紤]到提高網(wǎng)絡(luò)精度和減少隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)，也可以將網(wǎng)絡(luò)基函數(shù)改成多變量正態(tài)密度函數(shù) 公式（3.8）其中是輸入?yún)f(xié)方差陣的逆。注意這時(shí)的基函數(shù)已不再是徑向?qū)ΨQ。3.3 基于matlab語(yǔ)言的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)3.3.1 matlab設(shè)計(jì)函數(shù)在matlab語(yǔ)言中，徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)指令格式為：net=newrbe（p，t，spread） 參數(shù)意義：p 輸入向量。 t 目標(biāo)向量。 spread 徑向基函數(shù)的分布系數(shù)，缺省值為1.0。 執(zhí)行結(jié)果：創(chuàng)建一個(gè)0誤差的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)應(yīng)于輸入向量p產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)輸出與目標(biāo)向量t完全相同。 函數(shù)newrbe

49、創(chuàng)建的徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，具有p個(gè)徑向基神經(jīng)元，與輸入的個(gè)數(shù)一樣，而且將第一層網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值設(shè)置為p。第一層網(wǎng)絡(luò)閾值的大小設(shè)置為0.8326/spread，這樣使得徑向基函數(shù)在網(wǎng)絡(luò)輸入與相應(yīng)權(quán)值的距離小于spread時(shí)，具有大于0.5的輸出，所以增大spread的值可以擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)輸入的有效范圍。網(wǎng)絡(luò)第二層的權(quán)值和閾值是利用第一層的輸出并結(jié)合下列線形方程得到 * 1=所以在使用函數(shù)newrbe創(chuàng)建徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，只需要注意一點(diǎn)，就是要選擇盡量大的spread值，以保證徑向基函數(shù)的輸入范圍足夠大，從而使它的輸出盡量具有較大的值。而且，spread的值越大，網(wǎng)絡(luò)的輸出就越平滑，網(wǎng)絡(luò)的泛化能力就越強(qiáng)。xn-

50、m+2xn+1xn-m+3xn-m+1xn圖3.3 rbf網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型結(jié)構(gòu)3.3.2神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多變量時(shí)間序列的預(yù)測(cè)原理與單變量時(shí)間序列預(yù)測(cè)相同，多步預(yù)測(cè)可以由單步預(yù)測(cè)迭代而成，因此不失一般性，可以以單變量單步預(yù)測(cè)為例進(jìn)行研究。設(shè)一個(gè)單變量時(shí)間序列，對(duì)它進(jìn)行預(yù)測(cè)的前提是認(rèn)為其未來(lái)值與其前面的個(gè)值之間有著某種函數(shù)關(guān)系，可描述為：利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)擬合這種函數(shù)關(guān)系f，并用它來(lái)推導(dǎo)未來(lái)的值，如圖3.3所示。進(jìn)行時(shí)間序列預(yù)測(cè)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為兩種，一種是單步預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，一種是多步預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，單步預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)輸出個(gè)數(shù)為1個(gè)，一次可計(jì)算一步預(yù)測(cè)值。多步預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輸出個(gè)數(shù)不止一個(gè)而是多個(gè)（k個(gè)）

51、，每次可計(jì)算出k步的預(yù)測(cè)值。在預(yù)測(cè)過(guò)程中，可將得到的預(yù)測(cè)值作為下一步預(yù)測(cè)的輸入來(lái)計(jì)算進(jìn)一步的預(yù)測(cè)值，這樣通過(guò)迭代來(lái)進(jìn)行多步預(yù)測(cè)。3.4應(yīng)用實(shí)例3.4.1 egt裕度預(yù)測(cè)驗(yàn)證egt裕度是跟蹤發(fā)動(dòng)機(jī)性能狀況最重要的一個(gè)指標(biāo)，它的衰退情況，標(biāo)志這該臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能處的水平。（1） 訓(xùn)練樣本準(zhǔn)備：使用東方航空公司發(fā)動(dòng)機(jī)性能egt裕度數(shù)據(jù)，共53組數(shù)據(jù)。使用其中的80%進(jìn)行建模，即前42組數(shù)據(jù)對(duì)后面的20%進(jìn)行預(yù)測(cè)。原始數(shù)據(jù)需要進(jìn)行預(yù)處理轉(zhuǎn)換成適合于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形式，即數(shù)據(jù)歸一化處理。采用的公式為： 公式（3.9）（2） 初始化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型：初始化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的內(nèi)容包括：設(shè)定輸入層，輸出層，隱含層的神經(jīng)元數(shù)

52、目；初始化goal、spread值。當(dāng)訓(xùn)練樣本確定了，網(wǎng)絡(luò)的輸入層和輸出層的神經(jīng)元個(gè)數(shù)就確定了。網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練參數(shù)指網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)率和最大誤差。（3）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)研究完成了訓(xùn)練樣本準(zhǔn)備和初始化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型后，開(kāi)始測(cè)試網(wǎng)絡(luò)模型，調(diào)節(jié)輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)，spread和goal值，比較均方差，重復(fù)訓(xùn)練過(guò)程。訓(xùn)練結(jié)果如表3.1表3.1 egt裕度預(yù)測(cè)對(duì)比表輸入節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)111215181920202020spread24681012141820goal0.10.10.010.010.010.010.010.0010.001均方差213.30275.9220.98272.8313.169.879.879.879.87從表中可以看出，徑向基函數(shù)的網(wǎng)絡(luò)均方誤差目標(biāo)值goal和分布系數(shù)spread的值在訓(xùn)練時(shí)作用不明顯，最佳的輸