飛機發動機油液故障診斷技術的現狀與發展趨勢1

楊士亮，郝敬團，楊宏偉，李召良

（1. 空軍勤務學院，江蘇 徐州221006； 2. 中國人民解放軍空軍油料研究所，北京 100076）

飛機發動機油液故障診斷技術的現狀與發展趨勢1

楊士亮1，郝敬團1，楊宏偉1，李召良2

（1. 空軍勤務學院，江蘇 徐州221006； 2. 中國人民解放軍空軍油料研究所，北京 100076）

油液分析技術是飛機發動機故障診斷中一種非常重要的手段。綜述了常規理化分析、光譜分析、鐵譜分析、顆粒計數器和磁塞監測等幾種常用的油液分析技術，并進行了對比分析。最后指出，綜合應用多種油液分析技術才能實現飛機發動機的全面、準確、快速的故障診斷。

油液分析；飛機發動機；故障診斷；對比分析

飛機發動機是一種典型的現代機械設備，長期處于高速、高溫、過載荷、大機動、起落頻繁等苛刻條件下，摩擦磨損嚴重，致使故障率較高，發動機的壽命縮短，這些都已成為制約飛機性能和可靠性的主要因素，因而發動機的狀態監測與故障診斷顯得非常重要[1-3]。發動機的運動部件幾乎都是通過潤滑油來減少摩擦，磨損產生的磨粒除了少部分沉積外，大部分懸浮于循環的潤滑油之中，因此應用于發動機故障診斷中的油液分析技術，具有其他方法不可替代的優勢[4]。

飛機發動機油液故障診斷技術通常包括常規理化性能分析、光譜分析、鐵譜分析、磁塞監測和顆粒計數器等方法[5]。

1 常用的油液故障診斷技術

1.1 常規理化性能分析

常規理化性能分析是指采用油料化驗相關的物理化學方法，按照國家、地方、行業或企業標準，對潤滑油的各項產品理化指標進行檢測。常規理化性能分析方法具有設備成熟、操作便利、經濟性高等特點，是油液分析技術中一種最為普及和認可的方法。

表1 928航空潤滑油技術要求 GJB 5097-2004Table 1 Specification of 928 aero oil (GJB 5097-2004)

飛機發動機故障診斷中，一般選取滑油的運動粘度、閃點（多為開口） 、酸值、水溶性酸或堿、水分、機械雜質、氧化、硝化、顏色及添加劑含量等指標作為分析的項目。各類潤滑油在這些分析項目上都有各自的正常值控制標準，例如表1列出的928航空潤滑油的基本技術指標[6]。

1.2 光譜分析

光譜分析技術可用于物質分子結構和物質化學組成的研究。近年來光譜分析技術大量應用于潤滑油中各種微量元素濃度的測定研究之中。通常以10-6(ppm)為單位，表示這個相對濃度的測量結果。高經緯等人[7]針對軍用裝備油液分析的特點，提出了一種基于混合深淺知識的光譜油液分析專家系統知識庫的建立和實現方法，在工程實際使用中具有一定的價值。任國全等人[8]詳細研究了基于油液光譜分析診斷系統 SADS（Spectrometric Analysis Diagnosis System）的自行火炮發動機磨損故障診斷專家系統，實例證明該系統具有較強的診斷能力。

通過研究潤滑油中磨損磨粒的化學組成及含量，從而監控診斷飛機發動機潤滑系統的磨損故障，一般適用于尺寸范圍在5μm以下的磨粒。由于光譜分析技術分析速度快、分析精度高、樣品用量少，因而在飛機發動機故障診斷中得到了廣泛應用。根據光譜元素分析，可以確定合理的換油期，查明發動機磨損的部位和磨損程度。

1.3 鐵譜分析

鐵譜分析技術是一種借助高梯度的強磁場作用，將機械磨損磨粒按尺寸大小依次沉積到透明載體上，然后進行光學測量、觀測和解析的監測技術。鐵譜分析技術覆蓋了大多數磨粒的尺寸范圍，可以觀測磨粒的表面形貌，測量磨粒沉積區的光密度，因而在不拆卸、不停止設備運轉的條件下就可了解設備磨損狀態、分析磨損發展趨勢、預報磨損故障。

通常使用的鐵譜分析儀有兩種類型，一種是分析鐵譜儀，另一種是直讀鐵譜儀。分析式鐵譜儀是鐵譜儀的基本類型，也是最先發明的，由制譜儀、譜片光密度計及鐵譜顯微鏡三個部分組成。其中制譜儀由磁鐵、蠕動泵、輸液導管、回油管和玻璃基片等組成。直讀式鐵譜儀特點是分析快速，主要用于對大量油樣的篩選工作。直讀式鐵譜儀一般由永久磁鐵、虹吸泵、光電傳感器、玻璃沉淀管和信號裝置組成。尹新[9]介紹了鐵譜分析技術的原理和特點，指出利用鐵譜技術監控運轉化工機械設備的研究及計算機輔助鐵譜診斷設備運行系統軟件的開發具有廣闊的前景。呂克洪[10]把鐵譜分析技術和圖像識別技術相結合，利用專家系統實現對發動機運行狀態和零部件失效情況的進行監測、診斷與推理。

1.4 磁塞監控

磁塞監控法就是將懸浮于油液中的磨粒用磁塞吸出，然后進行磨粒顏色、形狀、尺寸和數量上的研究，以此判斷磨粒產生的部位、磨損程度和磨損原因等的一項油液監控技術。磁塞監控法具有操作簡便、經濟性較好的優點。主要缺點是分析精度較差，主要粗略分析粒度范圍在10～1000μm之間的大磨粒。同時磁塞無法吸出非磁性磨粒，對磨粒粒度的區度比較小，并且長時間人工觀測，眼睛疲勞導致的誤差也不容忽視。

1.5 顆粒計數器

重質油品，如飛機發動機潤滑油等，可以利用顆粒計數器法測定其機械雜質的大小和含量。隨著現代科學技術的持續發展，相繼研制成功各種形式的自動顆粒計數器，如標準GJB 380.4中的自動顆粒計數器就是利用遮光原理，測度報告試樣中固體污染顆粒的尺寸和數量，從而確定飛機液壓系統、附件及有關地面液壓設備工作液的固體顆粒污染度。

飛機發動機油液固體污染程度一般采用分級標準來判斷試樣中顆粒數量的多少和大小，其判斷分級按照ISO 4406，NAS 1638和ISQ 11218等標準。其中兩個最常用的標準時ISO 4406標準（國際標準委員會）和NAS 1638標準（美國航空航天研究協會。國內對顆粒計數器的研究也非常多，楊明[11]重點對國內市場上幾種主流便攜式自動顆粒計數器的性能進行了比較分析，對油品污染度測試時儀器的選用具有借鑒作用。楊淑連[12]提出了一種確定激光顆粒計數器光敏區強度分布的普遍方法，這對確定激光顆粒計數器的光學采樣速率非常重要。

2 常用油液故障診斷技術分析比較

以上介紹的幾種可用于發動機狀態監測與故障診斷的潤滑油分析技術各具特點。但任何一種單一的方法都不可能全面地給出分析研究所需的信息和數據。在對發動機進行監測時，各種分析手段所測出數據是各從一個方面來監測潤滑油中磨粒的變化。在實際應用中，所用的各種油液分析技術的比較情況如表2和表3所示。

Developing Status and Trend of the Oil Analysis Technique for Fault Diagnosis of Aircraft Engines

YANG Shi-liang1，HAO Jing-tuan1，YANG Hong-wei1，LI Zhao-liang2
（1. Air Force Logistics College，Jiangsu Xuzhou 221006，China；2. Aviation Oil Research Institute of Chinese People’s Liberation Army, Beijing 100076, China）

Oil analysis technique plays a very important role in the aircraft engine fault diagnosis. In this paper, several common oil analysis technologies were introduced, such as conventional physical and chemical analysis, spectrometric analysis, ferrographic analysis, particle counter and magnetic plug detection, and advantages and disadvantages of these technologies were analyzed and compared. Finally, it’s pointed out that comprehensive technology of various oil analyses methods should be used to achieve overall, accurate and fast fault diagnosis on aircraft engines.

Oil analysis; Aircraft engine; Fault diagnosis; Comparative analysis

表2 幾種主要故障診斷技術的比較Table 2 Comparison of several major fault diagnosis techniques

TE 624

A

1671-0460（2014）11-2421-03

2014-05-13

楊士亮（1968 -），男，四川榮縣人，碩研，空軍勤務學院副教授，主要從事應用物理和材料科學的教學與研究。