基于故障树的航空活塞发动机故障诊断专家系统研究

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　　摘要：航空活塞发动机一旦发生故障，会直接影响飞机的安全高效运行，甚至严重的可能引起飞行事故，因此，诊断和排除发动机的安全隐患，对于飞机的安全使用有着重大意义。本文在对航空发动机的组成结构及功能原理上进行分析，把发动机分为七个子系统分别是：本体、点火系统、燃油系统、滑油系统、进气系统、排气系统、操作系统。通过对各个系统的故障原因进行分析，建立相应的故障树，能够更加直观的体现出现原因的故障模式。
　　关键词：故障树分析法;航空活塞发动机;故障诊断专家系统
　　引言：我国航空事业的不断发展，大部分飞机都使用航空活塞发动机作为动力装置。随着我国经济进一步快速发展，低空空域也将逐步开放，使我国在航空领域的活动进一步增多，航空活塞发动机作为动力装置飞机也将逐步增多。这就使得对航空活塞发动机的故障发现和及时检修的工作极为重要。但是，由于航空活塞发动机的结构复杂、零件繁多、工作条件相对恶劣使用中不可避免的会遇到各种故障和不稳定工作，如果这些故障不能被及时的发现和解决，将会影响飞机的经济性，更为严重的会影响飞行的安全，另一方面，国家培养飞行员极为耗费金钱和精力的工作，如果因机械故障导致人员的生命受到威胁，也将给我国的经济带来重大影响。
　　因此，针对航空活塞发动机的故障诊断和排除，是维修人员必须要做到的，本文将运用故障树分析法，对航空活塞发动机的故障进行研究，从而为航空活塞发动机的预防性维修和可靠性维修打下基础。
　　一、故障树分析概述
　　故障树分析起源于60年代，适用于大型复杂的系统的可靠性、安全性分析、风险评价的一种方法。
　　故障树分析法中，对于故障或不正常状态称为故障事件，对于正常状态称为成功事件，这两件种情况简称为事件。故障众所关心的结果，事件成为顶事件，是故障树分析的目标，青岛至其他事件发生的原因成为底事件，顶事件和底事件中间的事件成为中间事件，通过各种事件的代表符号和描述事件逻辑因果关系的逻辑门符号组成倒立树状的逻辑因果关系为故障树，通过使用故障树为工具，对系统失效分析的方法称为故障树分析法，故障树非法也是一种图形演演绎法，把系统故障和故障的各种因素绘制成故障图表，可以直观的反应设备的原部件、故障、系统之间的关系，只也能定量计算故障的程度概率及原因。
　　二、故障樹的应用
　　可以对设备系统的可靠性分析，可做定性分析与定量分析：系统的事故分析及安全分析：嗯，故障数在产品设计时，可以为系统判断潜在的故障：在系统使用阶段，做故障诊断，预测系统故障时，最可能造成的故障发生原因，并用来制定检修计划。
　　1.从活塞发动机的基本组成
　　航空活塞发动机主要包括：气缸、活塞、连杆曲轴、气门机构、机匣等。
　　气缸是进行混合气燃烧，将燃烧后的热能变为机械功的地方。公用的气缸要求是非常严格的，都是要求采用质量轻，强度大的金属制作而成，航空发动机的气缸都是多气缸发动机，随着发动机的种类，功率大小而不同。
　　2.活塞在气缸内做往复直线运动，从而实现了气体能量与曲轴机械功的相互转换，活塞的制作材质是铝合金，活塞的内部都是空心，装有活塞俏，我在外部有圆周槽，里面有弹性涨圈，其余气缸抛光表面紧密贴合，防止燃气漏入机匣和滑油漏进汽缸，起到密封和润滑的作用。
　　3.横岗是用来连接，活塞与曲轴的，可以传递机械功，是主要受力部件由高强度的合金钢制成。
　　4.都是通过活塞进行往复运动转变为曲轴旋转运动，用来带动螺旋桨和其他附件，曲轴也是由高强度铝合金制作而成。
　　三、航空活塞发动机的工作系统
　　1.燃油系统：燃油系统是可以连续供给发动机适量燃油，并将燃油进行雾化，使其与空气充分混合，保证充分燃烧。
　　2.点火系统：系统可以产生电火花点燃气缸内的混合气体。
　　3.润滑系统：不断的将润滑油输送到各个部件的摩擦表面，减少摩擦阻力，减轻部件摩擦损耗，并带走摩擦产生的热量。
　　4.冷却系统：气缸的部分热量散发到大气中去，从而保证气缸温度的正常。
　　5.起动系统：外部动力把曲轴转动起来，使发动机有静止状态转入工作状态。
　　四、航空活塞发动机的常见故障
　　航空活塞发动机的常见故障有很多种，因其结构复杂，影响故障的原因也是多种多样的，例如发动机震动鼓掌，发动机不能启动，发动机功率损失马力不足，单词电机工作时调转过多，发动机滑油温度过高等。通过我们不断地对其研究，建立故障树从而减少维修排骨事件，准确判断故障提高飞机的可靠性和经济性。
　　1.建立故障数据的采集与数据库的建立
　　想要建立航空活塞发动机故障树，要先完成数据的采集与数据库的建立，这需要维修人员不断地收集记录飞机的故障记录与排故记录，广泛收集同行业的排故记录，收集资料、整理资料建立自己的数据库。
　　2.活塞发动机的故障树的建立
　　通过对收集资料的整理，建立的数据库，我们可以了解航空活塞发动机故障的一系列因素，根据故障数的建立的原则和引发故障的因素，我们可以设计出整个系统的故障树。例如磁电机工作时调转过多的故障树，可以分析出，由两个原因引起故障，一是燃油系统故障，二是点火系统故障。经过故障树分析，此项故障都是由于部件故障后引起发动机过富油燃烧所致和动机调转仲系调整不当造成。
　　3.航空活塞发动机功率不足故障树
　　在航空活塞发动机的使用过程中，使用者和操作员会忽略引起发动机损失的隐形因素，对于这些因素认识不够，如果是单一因素，有很小几率引起飞行事故或不安全事件，但是如果把这些单一的因素混合到一起，同时作用就会出现飞机事故，例如飞行员在起飞时未关闭汽化器加温，使发动机一直处于加温状态，如果机场在标高，在海平面高度，一般不会产生问题，但如果海平面升高到1500到2千米，高海拔，就会给发动机带来功率不足等现象，而这时，打开气化器加温，发动机过富油状态，是发动机功率被严重消耗，对于小型飞机场来说可能引起飞机滑出跑道，造成安全事故。
　　4.航空发动机故障树的定性分析
　　为了能够更好的判断发动机故障，并在最短的时间内排除故障，我们尽可能的采取简便有效的方法对发动机故障数进行分析，通过总结，把故障以代码的形式，故障树中体现，可以让维修人员使用者清晰的分辨出引起故障的原因，与解决故障的方法。
　　五、故障诊断专家系统的建立
　　数分析法可以有效地实现对发动机故障的诊断，下面就基于故障树分析法，航空活塞发动机故障诊断的专家系统中，各个环节进行说明。
　　1.知识模型的选用
　　为了方便诊断的动态查询和简化知识库管理操作，将专家知识用三个相关联的知识表示，一方面建立E-R模型。
　　2.关系模型
　　通过E-R模型，我们能够更好使数据库每个实体机都可由唯一的表与之对应，关系数据是表的集合，通过表的集合来表示知识与知识间的联系，可以更好地表明属性和属性之间的关系，
　　3.知识表示
　　知识与知识之间既有相同属性又有不同属性，在进行知识表示时，我们应才用了产生式规则和框架结合的多知识表示方法来诊断知识表示。
　　4.诊断解释功能的实现
　　通过实现结论如何得出的这些问题，是专家系统区别于一般程序的重要特征，它会根据用户所提出的问题，把相应的解答，通过输出端口给客户。
　　通过使用专家系统，可以更好的为客户解答事故，树中出现的故障，是客户能够更加理解故障书中出现的故障原因，以解决办法。
　　结束语：
　　终上所述，故障树分析法航空活塞发动机故障诊断专家系统可以在航空活塞发动机即将发生或发生故障时提供技术支持减少或尽快排除发动机的事故，从而提高我国航空活塞发动机的安全性。
　　参考文献：
　　[1]陶建武;高玉宝;常文秀;;基于知识的故障诊断模型的建立及应用[A];第十届全国信号处理学术年会（CCSP-2001）论文集[C];2001年
　　[2]王建刚;;基于故障树法雷达板级故障诊断系统平台[A];江苏省电子学会2010年学术年会论文集[C];2010年
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