气路故障是燃气轮机主要失效模式，将造成重大安全威胁和严重经济损失。为了保障燃气轮机稳定可靠运行，燃气轮机气路故障诊断技术一直是研究的重点，相继提出了各类气路故障诊断算法。针对燃气轮机实机故障注入困难，在线植入故障风险大、成本高且重复性差，很难全面验证气路故障诊断算法性能等问题，本文以三轴燃气轮机为研究对象，开展了燃气轮机故障模式分析、气路故障建模、气路故障特征分析、气路故障诊断仿真验证技术等研究。论文主要研究内容如下：
　　(1)提出了基于多层流模型的燃气轮机故障模式分析方法，实现了燃气轮机潜在故障的分析。该方法将燃气轮机故障影响划分为组件-部件-总成三个层次，以组件为最小单元，建立了燃气轮机多层流模型；基于多层流模型与故障树转换规则，建立了燃气轮机故障树，采用故障模式及影响分析得到了组件-部件-总成三个层次上燃气轮机潜在的气路、机械、辅助系统以及传感器故障模式，建立燃气轮机典型气路故障模式数学模型，为燃气轮机气路故障模拟提供了理论基础。
　　(2)以燃气轮机多层流模型中物质流、能量流、信息流分析为基础，基于键合图理论，建立了燃气轮机故障仿真模型，包括压气机模型、燃烧室模型、涡轮模型、燃油系统模型和控制系统模型。进行了主要运行工况仿真，健康状态仿真结果与试验数据吻合，为开展典型气路故障模拟提供了模型基础。
　　(3)围绕故障数据样本大且随机性强的需求，提出了基于蒙特卡洛模拟的气路故障植入方法，仿真得到了典型气路故障数据集，为气路故障诊断仿真验证平台对诊断算法的性能评估提供了测试用例；对气路故障数据测量参数进行了相关性和敏感性分析，形成了气路故障诊断特征参数选取策略。
　　(4)进行了燃气轮机气路故障诊断仿真验证平台设计，确定了气路故障诊断验证指标，编制了气路故障诊断测试软件，并进行仿真验证平台功能测试，分析了所设计的仿真验证平台应用于具体气路故障诊断系统的测试结果，建立了气路故障诊断算法的仿真测试环境。