中国大学MOOC

开课通知

Classopeningnotice

前言

课程名称：航空发动机故障诊断

开课时间：4月11日~6月18日

主讲教师：王俨剀

具备故障预测与健康管理能力是第四代航空发动机的典型特征之一。航空发动机故障诊断学正是支撑这一技术需求的学科。本学科涉及固体力学、空气动力学、热力学、传热学、燃烧学、机械学、材料学、模式识别、信号处理以及计算机科学，是一个典型的多学科交叉后，形成的新兴学科。2.航空发动机作为“工业制造的王冠”，其故障监测与诊断的难度不言而喻。其难度来源于结构特点、运行特点和监测特点。课程根据航空发动机故障诊断工作过程中的特点，划分成“状态监测”、“故障分析”和“健康管理”三篇。三篇讨论的内容正是航空发动机故障诊断工作的三个阶段。三个阶段目标不同，决定了理论侧重和关键技术也各不相同。

——课程团队

PART01

课程介绍

work

课程进行时----

课程将以培养发动机故障诊断人才为目标，为发动机设计、维护、技术管理等岗位提供人才储备。我国正在加紧研制下一代军用发动机，同时也在实施大型客机发动机自主研制计划。通过本课程的学习，促使学生掌握发动机的结构和振动特点，并且有针对性的应用振动分析和故障诊断理论，具备解决专门领域工程实际问题的能力。

本课程分为5章节开展讲授，第一章是绪论，分成4节；第二章为状态监测技术；第三章为故障分析技术；第四章为健康管理技术；第五章为技术发展总结与新技术，分成2节。通过对前面章节的知识进行总结，讨论故障诊断技术的发展方向。

PART02

课程安排

第一章绪论

1.1发动机故障诊断的意义

（1）航空发动机为什么难设计？

（2）目前研制和服役过程中的难点和瓶颈？

（3）航空发动机故障诊断中需要学生什么样的能力？

1.2发动机诊断的工程需求

（1）技术背景；

（2）任务与定位；

（3）诊断技术的分支；

1.3发动机故障的定义

（1）故障的定义；

（2）可靠性函数和故障率函数；

（3）描述故障的指标；

1.4发动机诊断技术现状

（1）发动机诊断的特点；

（2）诊断的技术难度；

（3）诊断的核心内容；

第二章状态监测（一）

2.1监测需求

（1）状态监测目的与要求

（2）待监测的物理量

（3）监测系统的特性

2.2监测方案

（1）监测系统结构；

（2）数据采集功能；

（3）转速的采集与时间戳；

2.3监测数据采集

（1）采样率；

（2）精度位数；

（3）其他采集参数；

2.4监测系统设计

实例与研制流程

第二章（二）状态监测在发动机上的应用

2.5发动机在线监测的要求

（1）结构特点；

（2）运行特点；

（3）监测特点；

2.6整机振动监测方法

（1）整机振动的危害

（2）振动特征

（3）振动监测的环节

2.7监测传感器

（1）传感器的选用原则

（2）整机振动传感器

（3）传感器发展趋势

2.8发动机监测报警

（1）测点位置怎么布置？

（2）特征参数如何选择？

（3）参数阈值怎样选取？

第三章故障分析（一）

3.1转子类故障

（1）不平衡故障

（2）叶片掉块故障

（3）旋转失速与喘振

3.2支承系统异常

（1）支承不对中故障

（2）机匣剐蹭故障

（3）油膜涡动故障

3.3轴承故障

（1）轴承故障的模式

（2）轴承故障特征频率

（3）降低轴承故障可能的措施

3.4传动系统故障

（1）传动齿轮的故障模式

（2）齿轮故障特征

（3）降低齿轮故障风险的新需求

第三章（二）故障分析在发动机上的应用

3.5振动分析方法

（1）振动分析的特点

（2）振动分析的方法

（3）振动分析发展趋势

3.6气路参数分析

（1）气路性能的常见故障

（2）基于气动性能的诊断思路

（3）气路故障的小偏差判据

3.7滑油性质分析

（1）滑油系统的常见故障

（2）油液分析的信息来源

（3）油液分析的常用方法

3.8FDJ故障基因设计

（1）提高故障容忍度的思路

（2）故障基因的定义

（3）故障基因的优化

第四章健康管理（一）

4.1PHM系统

（1）PHM系统的定义

（2）PHM系统的架构

（3）PHM的技术途径

4.2多场耦合问题

（1）基于液-构耦合的盘腔积液故障诊断

（2）考虑控制时延的结构-结构耦合失稳

（3）中介轴承的力和运动在频率域上的耦合

4.3多场耦合分析

（1）多场耦合的内涵

（2）多场耦合的基本方程

（3）多场耦合问题的解决方法

4.4健康评估

（1）状态评估的思路

（2）状态评估的量化指标

（3）健康状态的模糊评价

第四章（二）健康管理在发动机上的应用

4.5振动预测

（1）幅值预测的工程意义

（2）基于趋势模型的振动预测

（3）预测效果与误差分析

4.6数据库与知识工程

（1）健康管理的数据流

（2）健康管理的数据管理

（3）健康管理中的知识工程

4.7智能诊断

（1）技术概述

（2）专家系统

（3）人工智能

第五章故障诊断技术的发展方向

5.1故障诊断反问题求解的思维观

（1）反问题研究科学观

（2）故障诊断的反问题推理过程

（3）正向推理和反向推理

5.2基于数字孪生的健康管理

（1）时代背景

（2）发展方案

（3）关键技术

（4）技术途径

PART03

常见问题

证书要求

单元检测20%，课后作业及作业互评20%，论坛讨论表现20%；期末考试占40%。

采用百分制计分，合格证书：60分至84分；优秀证书：85分至分。成绩达到要求的同学可以申请收费的合格证书或者优秀证书，有纸质版和电子版两种形式。

预备知识

先修课程：理论力学、材料力学、测试技术、航空发动机结构设计、

参考资料

1.《航空发动机故障诊断》，王俨剀，廖明夫，丁小飞，科学出版社，(ISBN-7-03--1)；

2.《Fundamentalsofrotatingmachinerydiagnostics》,DonaldE.BentlyandCharlesT.Hatch(ISBN0--0-6)

3.《Aircraftgasturbineenginetechnology》,IrwinE.Treager(ISBN0-02--1)

4.《航空发动机结构动力学》，廖明夫编，西北工业大学出版社，(ISBN-7---7)。

END

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