摘要：航空發動機狀態診斷技術對避免飛行事故和降低飛行器執行成本是非常重要的。本文總結了航空發動機狀態診斷的一些的方法，同時在總結國內外有關文獻的基礎上，簡要回顧了航空發動機健康管理的發展歷程，根據診斷技術說明了實施發動機健康管理的價值，最後提出了我國實施發動機健康管理的一些建議。
關鍵詞:航空發動機；狀態診斷；健康管理；資訊融合；**。
一、 引言
航空發動機狀態診斷方法又稱故障方程法，是基於航空發動機熱力狀態故障方程的故障診斷法，是氣路分析方法之一，包含兩方面的意義：（一）、所採用的故障診斷法是故障方程法，即要根據航空發動機的氣動熱力學模型及故障建立航空發動機的故障方程並求解；（二）、它的應用物件是航空發動機與熱力效能有關部件。隨著效能的不斷提公升和複雜程度的不斷增加， 當前大型複雜系統面臨的可靠性、可用性、經濟性等各種問題。
統計資料表明，發動機故障在所有飛機方式不但耗費資源、效率低下，而且航空發動機與熱力效能有關部件維修費用居高不下。因此有效的、經濟的發動機健康管理（ehm）是十分必要的。而維測與健康管理的概念ｐｈｍ是指利用感測器獲取系統的資料資訊，借助各種智慧型模型和演算法來評估自身的健康狀態，在系統故障發生之前進行**，並結合可利用的資源資訊提供一系列的維護保障措施建議以實現系統的視情維修。
二、原理
當系統處於某一狀態s時，它將具有確定的特性y,即存在對映g:s →y.反之，一定的系統特性也對應著確定的狀態，即存在著對映f:
y →s.如果f和g是雙射函式，即特徵空間存在一對一的映滿的對映，則由特徵空間可以唯一確定系統的狀態。診斷的基本方法分為間接方法和直接方法。
而不同點在於間接方法是根據發動機可測引數的變化確定航空發動機的部件效能，再根據航空發動機的部件效能最終達到故障定位。直接方法是由航空發動機效能引數的變化直接判斷航空發動機的物理故障。
航空發動機的故障方程的建立過程： 1、建立正常狀態下的航空發動機的原始數學模型；2、建立故障因子，建立故障狀態下的數學模型；3、對所得的數學模型進行線性化處理，得出線性化故障方程。航空發動機的原始數學模型的一般形式為：
f(y,x,z)=0
或f（z）=0
由以上公式可知，故障與狀態是建立在同乙個方程中，由於航空發動機的零件物理故障（葉片斷裂、變形、外來物損傷等)常表現為航空發動機的效能衰退，如轉速、燃油流量、排氣溫度和功率輸出的改變，從而導致航空發動機可測引數的變化，這樣就可根據引數的變化相應進行狀態診斷。
而ems系統則是根據發動機狀態監測及相關知識經過資訊融合而開發出的健康管理系統， ems系統是ehm各研究內容在發動機實際工作應用的整合體現。ehm系統採用柔性、可擴充套件的體系結構保證ehm各部分內容的順利實施，支援ehm系統煩人機載部件和地面部件，並且與機載控制系統、維修保障系統和任務管理系統有介面。ehm系統實行以資訊為依據的執行和決策，即獲取、處理及融合發動機的健康資訊，進而做出以資訊為依據的決策，確保發動機安全和任務成功。
從本質上說，ehm系統是乙個層次化的分布式資訊系統。其結構如下圖1。
三、應用
（一）**技術
**技術是ehm中最高層次的推理，是對諸如故障檢測、故障隔離等內容的結果的進一步融合。就ehm範圍而言，**主要包括預報部件故障發生的時機，計算關鍵部件的剩餘壽命。分析發動機效能衰退的趨勢。
**技術與狀態監視、故障診斷的最大區別在於**更強調定量分析，**技術從本質上可以分成3類：
（1）基於模型的**
採用基於模型的**的前提條件是必須有精確的發動機數學模型和部件的失效模型。基於模型**的最突出優點是能夠滿足實時性要求．因此基於模型的**通常用在機載ehm系統上，由於發動機是乙個複雜的非線系統，難以建立精確的數學模型，因此基於模型的**在實際應用中的範圍和效果都受到一定的限制。
（2）基於知識的**
基於知識的**的特點是不需要精確的數學模型．能夠充分利用發動機各個學科的專家知識和經驗。基於知識的**的最典型的兩種應用形式是專家系統和模糊邏輯。故障診斷是專家系統乙個傳統的應用領域。
近年來專家系統也被引入到**中來。並且經常是與其它技術如神經網路等相結合。然而，由於專家系統存在著知識獲取和知識表示的「瓶頸」問題．使其有一定的侷限性。
模糊邏輯提供了表達和處理模糊概念的機制，具有處理不確定性資訊的能力。模糊**可以利用專家知識構建模糊規則庫，能夠充分利用專家的知識和經驗，而且乙個適當設計的模糊邏輯系統可以在任意精度上逼近某個給定的非線性函式。由於模糊**目前尚處於研究階段，有些問題還需著重解決。
（3）基於資料的**
基於資料的**的最大優點是不需要精確的發動機數學或物理模型，最典型的代表是神經網路。神經網路技術在**中的應用比較廣泛，而且還經常與其他技術結合，衍生出多種形式的神經網路結構。除神經網路結構之外，還有其他一些基於資料的**方法，如貝葉斯網路、隱式馬爾可夫模型、資料探勘等。
對於發動機這樣的複雜系統而言，由於**研究的困難性，使用單一方法進行**往往難以保證其應用效果。採用混合**方法不僅能充分吸收各自方法的優點，同時也能彌補其各自的不足。因此，將多種不同的**方法有機結合，進一步提高**的綜合性能，是**技術發展的乙個必然趨。
（二）整合技術
(1)ehm系統自身的整合
ehm系統是乙個複雜的資訊系統，需要用不同學科的專家知識、技術、模型來分析和開發。ehm系統由各種不同的模組組成，但它們的資料流程大體相同，例如從訊號源、訊號調節、資料處理、資料存貯到資料檢索。通過整合可以提高ehm系統開發效率，實現各模組能力共享，使ehm系統各模組和系統都獲得好處。
整合可以把ehm系統作為乙個整體對待，有助於權衡分析系統滿足不同功能需求、不同配置或體系結構。集成為ehm系統滿足不同需求提供了一組選擇和解決方案。
(2)ehm系統與發動機控制系統的整合
當前先進發動機基本上都採用全許可權數字電子控制(fadec)系統。ehm系統與fadec系統之間聯絡非常密切。ehm系統所必須的引數大部分也是fadec系統所必須的，如高低壓轉子轉速、排氣溫度、燃油流量、發動機進氣總溫等。
ehm系統的有些功能在fadec系統中也是必須的，如感測器故障診斷和超限檢查。在ehm系統中超限檢查用於向機組人員和地勤人員告警，而fadec系統則根據ehm系統輸出的發動機健康狀態報告改變控制規律，緩解異常狀態的影響，以保證發動機工作安全。鑑於兩者之間的密切聯絡，ehm系統和fadec系統的綜合整合以是新一代發動機的重要發展趨勢。
（3）與其它機載系統的整合
其它機載系統如座艙顯示系統、飛行管理系統、任務管理系統等也和ehm系統中的多個環節發生聯絡。利用數字系統和資料匯流排，可以使ehm系統和其它機載系統實施一體化設計，從而提高各系統的開發效率，降低成本，減少所佔空間和重量。
四、結論
（1）加強基礎研究
硬體產品是實施ehm的物質基礎。感測器作為採集發動機資料的裝置，是ehm各項內容所需的資訊源泉。為了更全面地獲取發動機資訊，應該根據ehm的需求，研製新型感測器以便測量當前不能測量並且對全面評估發動機健康狀態起關鍵作用的引數。
如國外已經研製成功的光纖感測器和微波感測器可以分別監視發動機的靜子和轉子的結構健康狀況。在ehm系統工作過程中，需求和產生的資訊將是海量的。這對資訊處理和儲存裝置尤其是機載裝置如機載計算機、儲存器、通訊裝置提出了很高的要求：
需要有能在惡劣環境下可靠工作的計算機和大容量高速儲存裝置以及通訊裝置來ehm對於實時性的要求。不但要大幅提公升硬體產品的效能，而且在可靠性、安全性、嚴酷環境適應性等方面都要加強。同時也要對各種硬體資源進行優化排程．使其能夠得到充分合理的利用．並實現整個硬體體系的最優總體效能。
（2）加深基礎理論的研究
充分掌握材料效能中有關疲勞、斷裂、蠕變、腐蝕等方面的力學效能資料，並與發動機研製的先進性、可靠性和安全性緊密聯絡在一起。材料的力學效能資料對是發動機關鍵部件壽命計算中不可缺少的組成部分。發動機關鍵部件的疲勞斷裂過程是在交變載荷作用下累積損傷的過程。
因此，分析確定部件承受的載荷譜和深入研究部件的失效機理是取得精確可信的**結果的關鍵。只有這樣。才能建立準確的**模型，根據環境條件、發動機的運**況以及部件的當前狀態來描述故障隨時間的發展趨勢。
（2）將ehm融入發動機設計
雖然實施ehm的大部分活動都在發動機的使用與維修保障階段進行，但是從併行工程角度看，應該將ehm作為發動機設計的乙個組成部分。在發動機設計和研製階段，將ehm作為發動機的一項設計特性給予重視。從資訊科學角度看，ehm是對發動機資訊進行感知獲取、處理再生並最終利用再生決策資訊對發動機施效的過程。
在這個過程中．與發動機直接相關的是資訊獲取和施效。因此在設計中考慮ehm，主要就是考慮如何更方便準確、盡可能多地獲取發動機資訊，以及如何安全可靠平穩地施效給發動機。將ehm的對於發動機的需求反饋給新型號設計，從設計上提高發動機的可監視性、可診斷性、可**性、可緩解性。
只有盡早將ehm的問題考慮到設計中去，才能使ehm取得最大的效益。
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