航空智能发动机及状态监视和故障诊断系统

智能发动机是美国IHPTET计划及其后继VAATE计划的核心内容之一,而状态监视和故障诊断系统则是智能发动机的关键技术。本文主要介绍智能航空发动机的发展背景、概念与特点,智能状态监视和故障诊断技术方法和发展方向。     

民用航空发动机状态监视和故障诊断系统研究

北京飞机维修工程公司、北京航空航天大学、中国民航学院、东方航空公司联合发展了用计算机进行发动机状态监视和故障诊断的系统EMD, 已在国内最大的两家航空公司试用成功。对B767、B747、A310共13架大型客机的40台发动机进行状态监视和故障诊断, 取得良好的经济效益。      

航空发动机性能监视参数选择的研究

介绍了发动机性能监视参数选择的必要性,以ＪＴ９Ｄ－７Ｒ４Ｅ发动机为例,利用敏感性,相关性和Ｊ值分析技术对性能监视参数选择方案进行了研究,得到了３种参数组合下的２３个可行性方案,本研究方法及结果具有一定通用性,对发动机性能监视参数的选择具有重要指导意义。     

航空发动机状态监控和故障诊断软件

本文介绍“航空发动机状态监控和故障诊断”软件的功能知组成。应用此软件中所采用的“主状态量模型”的诊断方法对 B747和 B767飞机上装配的JT9D—7R4发动机已有的35个故障样本进行诊断,其诊断正确率达到75%以上。     

基于神经网络和模糊逻辑的航空发动机状态监视

设计了基于神经网络和模糊逻辑的航空发动机状态监视系统,它包含数据有效性检查和发动机健康评估.系统利用BP(back propagation)神经网络对发动机进行数据有效性检查,根据发动机的状态确定测量参数的有效边界以检测发动机的测量参数是否超限;利用模糊逻辑对发动机健康状况进行实时的评估,监控发动机因性能蜕化引起的异常.通过对某型涡扇发动机仿真,验证了基于神经网络和模糊逻辑的状态监视系统的有效性.      

发动机状态监控和故障诊断系统的研究

本文介绍了由北京飞机维修工程公司、北京航空航天大学、中国民航学院和东方航空公司4个单位研制的 EMD(发动机状态监控和故障诊断)系统。该系统自1990年和1991年先后在国际航空公司、东方航空公司的 JT9D 和CF6等40台发动机上运行,获得了很好的结果。     

航空发动机故障诊断技术

航空发动机故障诊断技术是实现航空发动机视情维修的重要一环,在航空发动机的设计、生产、使用和维护中起着非常重要的指导作用。本文在简要介绍航空发动机故障诊断技术的基础上,详细地介绍了其实施的基本环节、方法和目前常用的几种新型的航空发动机故障诊断技术,展望了航空发动机故障诊断技术的发展前景。     

基于试飞数据的航空发动机状态监测与故障诊断

在航空发动机飞行试验阶段,发动机技术状态变化快、故障频发,为了实时监控发动机工作参数变化情况,快速及时地预测并诊断发动机故障,本文研究了试飞数据驱动的航空发动机状态监控与故障诊断技术。文章基于实际试飞数据建立了航空发动机ANN-NARX参数预测模型,考虑到建模样本量大、模型结构复杂、训练时间长、输入输出延迟等因素,采用遗传算法对模型的最小数据样本需求和结构进行了改进优化,并利用蒙特卡洛方法确立了参数预测模型的自适应告警门限,同时基于构建奇偶空间残差模型实现了航空发动机典型故障诊断。结果表明：实际试飞中只需有限架次试飞数据的训练学习,即可得到发动机参数预测模型,高压转子转速、压气机后压力、涡轮后总温及滑油总回油温度预测相对误差最大值分别为：1.0%、1.7%、0.2%和1.2%,综合模型建模误差和参数测量误差后的自适应告警门限有效降低了模型预测结果的不确定性,在已有数据样本集上的典型故障识别率达到95.2%。     

航空发动机磨损故障诊断系统研究

本文介绍的系统,通过对滑油中的磨粒形态进行铁谱显微图像自动识别的方法监测、诊断机械设备的磨损状态和磨损类故障,并辅以光谱分析实现故障定位。本文介绍了系统的组成特点和状态监测、故障诊断、故障定位、趋势预测以及专家系统开发等系统的诊断技术原理。     

航空发动机限寿件使用寿命监视研究

随着单元体设计与基于状态维修等理念的发展,为克服早期传统的使用监视方法的不足,提出并发展了航空发动机限寿件使用寿命监视技术。在归纳发动机使用监视发展历程的基础上,重点论述了使用寿命监视概念、功能结构、发展现状及未来趋势,并对比了使用寿命监视相对于早期使用监视方法的优越性与研究的必要性;详细分析了使用寿命监视需解决的关键技术及潜在的应用前景;最后结合国内现状,给出了开展使用寿命监视研究的相关建议。     

基于遗传算法的发动机性能监控与故障诊断

利用综合加权法计算表征发动机整体性能的综合指数时，各参数的权系数难于确定。利用遗传算法确定各参数的权系数，使所得到的综合指数值比采用专家调查法所得综合指数值更能灵敏、准确地反映发动机整体性能的变化情况，提高了发动机性能正常与否的识别率，并以此来发现发动机潜在早期故障，防止故障的扩大。通过对某涡扇发动机进行监控，证明该方法确实有效。     

涡喷发动机尾气静电监测及气路故障特征

利用涡喷发动机试车台和新研制的小型涡喷发动机完成了一系列静电监测实验,获取了涡喷发动机尾气静电信号特性,并通过分析静电信号特征证实了尾气静电监测技术对发动机气路部件机械故障的监测.研究发现发动机尾气静电信号的细微变化与发动机工况相关,通过分析第102试车阶段的静电信号发现活动率水平出现了与发动机工况同步变化的情况,验证了活动率水平是一种可作为表征尾气中微小颗粒的带电情况的特征参数;在102～108试车阶段中,发动机出现了燃烧室内壁积炭、燃烧室内壁轻微烧蚀和气路润滑油泄漏故障,根据静电信号的统计分析以及大时间尺度的趋势分析,发现活动率水平、正(负)事件率可作为预警参数来反映因这些故障而导致尾气静电整体水平的变化.      

燃气轮机燃烧室燃烧气体燃料的数值模拟

采用数值模拟方法对燃气轮机环形燃烧室燃烧天然气、中低热值燃料进行燃烧性能的数值分析。根据该燃机的结构特点建立了包括扩压器、机匣等部件计算几何模型;计算中采用SIM-PLE算法,可实现k-ε双方程湍流模型,六通量辐射模型、非绝热概率密度函数（PDF）燃烧模型及热力型NO模型对其进行燃烧数值模拟,分析了燃气轮机环形燃烧室燃烧3种燃料性能。计算结果表明：该燃机燃烧天然气、中热值燃料燃烧性能均能达到设计状态,而燃烧低热值燃料燃烧室出口温度较低,表明燃烧过程的数值模拟可为进一步优化燃烧室的结构,改善流场结构提供有用的设计依据,适合于工程应用。     

车载燃气轮机进气砂尘分离器设计与验证

对车载燃气轮机进气砂尘分离器的设计方法进行了研究,根据设计要求,提出了一套涡旋管粒子分离器的设计方案和设计流程,并据此设计了隔栅式涡旋管和空气滤清器总成.对涡旋管的三维气固两相流动进行数值模拟.以空气滤清器总成为试验对象,进行了气动试验和砂尘分离试验.数值模拟和试验结果表明:进气砂尘分离器的设计方法能够达到预期的设计效果,设计的分离器满足设计要求,所采用的数值模拟方法可以较准确地模拟涡旋管的三维气固两相流动,计算结果可信.      

涡扇发动机高压涡轮前温度组合估计方法

考虑到目前暂无法实现机载条件下高压涡轮前温度直接、可靠的测量,提出一种用于涡扇发动机高压涡轮前温度估计的方法.基于涡扇发动机的能量守恒原理,建立高压涡轮前温度与气路参数的热力学关系,进而推导出高压涡轮前温度的6个估计模型.将各温度模型中不易测量的参数以整体的形式作为温度模型系数,并利用某涡扇发动机性能仿真模型建立温度模型系数与可测状态参数的多项式关系,最终确立高压涡轮前温度的组合估计模型.验证结果表明:组合估计方法在发动机健康及性能衰退状态下都具有较高的精度,其性能最好模型的方均根误差不超过1%.与已有线性拟合、神经网络等方法的对比也表明组合估计方法不论在精度还是性能稳定性方面都具有明显优势.      

液体发动机故障检测与诊断中的基础研究问题

液体火箭发动机故障检测与诊断是当前航天推进系统研究中迫切需要解决的关键技术。根据我国当前这项技术发展的实际情况，必须提高研究水平和加快研究进程，做好基础性的研究工作，介绍了我国在建立泵压式液体火箭发动机故障模式、标准数据库和改进人工神经网络算法与时序分析算法等方面所做的工作。提出了深入开展故障仿真研究和开发实用故障检测与诊断系统的建议。     

微型涡喷发动机自适应控制实验研究

针对微型涡喷发动机的非线性特性以及难以建立其准确数学模型的特点, 设计了一种自适应控制方案并加以工程实现.通过在模型参考自适应控制算法中采用死区鲁棒控制消除发动机建模误差和外界干扰对控制系统稳定性的影响;同时引入前馈补偿, 既保证发动机转速实时跟踪参考模型输出, 又避免了纯自适应控制容易产生控制信号的饱和以及高自适应增益导致的系统振荡.台架试车验证表明:该方法实时性良好, 在最大转速达125 000 r/min的全工作范围内表现出较好的鲁棒性, 最大超调量小于500 r/min, 稳态误差小于200 r/min, 可以满足微型涡喷发动机状态调节的需要.      

液体火箭发动机故障检测与诊断的反向选择算法

基于生物免疫系统中的反向选择原理,提出了液体火箭发动机地面试车故障检测与诊断的新方法,对检测器的产生、检测器数量的确定以及故障诊断的实现等几个问题进行了分析。基于发动机地面试车数据的验证结果表明,该方法能有效提高算法的训练效率、实时性能和诊断结果的准确性。     

液体火箭发动机地面试车故障检测的自适应阈值算法

提出一种自适应阈值故障检测算法,其检测阈值由实时估计的参数均值、标准差及由训练算法得到的带宽系数计算。用某发动机22次点火试验的试车数据进行离线故障检测,结果表明其综合性能优于红线系统和SAFD算法。     

燃气涡轮发动机加减速控制计划最优设计方法

提出了一种燃气涡轮发动机加减速控制计划最优设计方法.该方法在发动机过渡态性能模型的基础上,变换描述发动机过渡态性能非线性模型中的自变量,最终实现过渡态控制计划的优化设计.以某型双轴混排涡扇发动机的加速过程为例,使用该方法规划得到了满足其加速过程限制的最优控制计划.将得到的控制计划代入发动机过渡态性能模型中进行验证.整体相对优化误差在0.1‰量级,表明该方法具有设计精度高、使用简单等特点.