基于气路参数融合的涡扇发动机性能退化预测

针对单参数驱动的涡扇发动机性能退化预测精度不高的问题,提出了一种基于气路参数融合的涡扇发动机性能退化预测的方法。通过监测发动机性能退化过程中多源参数,采用专家经验和核主成分分析相结合的方法,进行发动机性能参数的选择和融合,从而构建健康参数。基于非线性Wiener过程构建涡扇发动机退化模型,采用极大似然方法求得发动机退化模型的离线参数估计值;由于不同发动机性能退化的差异性,基于贝叶斯更新理念对随机参数进行实时更新,可以实现对单台发动机的性能退化实时预测。通过实例验证,采用此方法在预测末端方均根误差为0.028 3,整体预测精度提升了54.5%,可以辅助指导维修决策。      

涡扇发动机寿命管理研究

对“大部件(单元体)寿命控制”下涡扇发动机的寿命管理进行了深入研究,构建了某型涡扇发动机项目化管理体系和方法。建立了发动机寿命管理的信息网络,明确了用户、制造厂商和翻修部门在寿命管理信息中所应承担的责任;建立了发动机/大部件／零件寿命评定程序、寿命增长原则和程序以及附加检验项目和程序;建立了喷管和附件寿命控制及管理的基本方法。工程实践表明．建立的管理方法及程序科学合理、工程适用。     

某型涡扇发动机风扇叶片外场抢修技术研究

研究了在外场更换和修理某型涡扇发动机各级风扇叶片的技术。通过研制必要的工装,采取适当的工艺,在外场迅速、有效地排除了某型涡扇发动机第1～4级压气机风扇叶片打伤故障,更换了低压单元体和相关零部件,大幅度缩短了检修周期,节省了检修费用。     

基于热力学的涡扇发动机神经网络建模方法

由于无法掌握不同发动机的真实部件特性,传统热力学模型对在翼涡扇发动机的建模存在较大的建模误差;同时,热力学模型在特性图边界线附近迭代时,容易迭代到特性图之外,造成迭代过程的不收敛。针对上述问题,本论文提出基于热力学过程的涡扇发动机神经网络建模方法,在神经网络模型的训练过程中充分考虑对部件共同工作热力学约束的优化,提高发动机建模的准确性。通过构建部件级网络结构、部件共同工作损失函数及融合训练过程,将基于部件特性图的传统热力学模型迭代过程转化为部件级神经网络的多目标优化与训练过程,提高了模型的收敛性及建模准确性。模型在26 970条发动机实际飞行数据上进行了训练及测试,结果表明,在相当宽松的准稳态数据下,论文提出的建模方法最大误差可以达到7%左右,比基于部件特性图的热力学模型低5%左右。     

基于Wiener和Copula函数性能退化模型的减推力起飞可靠性收益评估研究

从精细化、规范化管理使用发动机的角度出发,针对航空发动机减推力起飞在可靠性和安全收益指标的贡献度量化评估问题,提出了一种基于性能退化分析的可靠性收益评估方法。建立了单个性能参数Wiener退化量模型,并利用Copula函数进行二元相关性能参数退化量建模,提出了基于Copula函数和Wiener退化过程的二元相关性能可靠性模型。将模型应用于实例分析,通过发动机执行减推力和未执行减推力时的性能退化数据,定量地分析了执行减推力起飞技术对可靠性和在役寿命方面的贡献度,并将文中提出的方法与基于单参数的性能可靠度函数以及二元独立性能参数的性能可靠度函数进行对比分析。结果表明,执行减推力起飞技术的发动机在运行中有更高的安全裕度,在役寿命平均延长了23%左右。     

基于容积法的某涡扇发动机动态建模方法

考虑了容腔的质量和能量的储能效应,提出了基于容积法的涡扇发动机实时数学模型建模方法,建立了容腔压力和温度的微分方程,容腔的压力和温度可以用不迭代的数值法求解.同时,利用C++面向对象编程语言,建立了某涡扇发动机动态模型.用建立的发动机动态模型和商用软件Gasturb 10分别计算了发动机性能,并进行了对比,结果表明:该模型与Gasturb 10的运算结果具有良好的一致性,高压压气机转速、涡轮进口温度及压气机喘振裕度的响应结果最大相对误差小于1%.容积法避免了数值迭代,可以保证模型计算的实时性.      

民用大涵道比涡扇发动机吸雨能力评估的方法研究

从发动机吸雨后性能改变的基本原理出发,建立了部件气动热力损失、机械损失和工质热力学通用模型,借鉴适航咨询通告初步定义了关键吸雨工况及水含量。基于商用性能分析软件,对一个大涵道比9的涡扇发动机各项性能的变化进行了计算与分析,提出了一种定量描述发动机吸雨能力的评估方法。     

民用大涵道比涡扇发动机吸雨能力评估的方法研究

从发动机吸雨后性能改变的基本原理出发,建立了部件气动热力损失、机械损失和工质热力学通用模型,借鉴适航咨询通告初步定义了关键吸雨工况及水含量。基于商用性能分析软件,对一个大涵道比9的涡扇发动机各项性能的变化进行了计算与分析,提出了一种定量描述发动机吸雨能力的评估方法。     

基于L-M网络的涡扇发动机动态过程辨识

介绍了多层前馈网络的Levenberg-Marquardt (LM)算法,对涡扇发动机动态过程的数学模型进行了分析和简化,运用多层前馈网络L-M算法对涡扇发动机进行加力推力变换时的非线性MIMO动态过程的数学模型进行了辨识,辨识所用样本数据和测试数据均为试飞实测数据.辨识结果表明,这种方法收敛快精度高,非常适合于涡扇发动机非线性动态过程的建模.     

基于流量法的齿轮传动涡扇发动机动态建模

从热力学、气体动力学和发动机基本原理出发,对基于流量法的齿轮传动涡扇发动机动态性能建模技术展开了研究,并推导出了基于流量法的齿轮传动涡扇发动机动态数学模型的求解方程组.基于该模型方程组,利用C++面向对象编程语言,建立起了某齿轮传动涡扇发动机的动态模型.该发动机动态模型与著名的商业化发动机性能计算软件Gasturb 10进行的比对显示:该模型的运算结果与Gasturb 10的运算结果具有良好的一致性,最大误差不大于1.5%.证明了基于流量法的齿轮传动涡扇发动机动态数学模型求解方程组的正确性和适用性.      

基于数字式控制系统的涡扇发动机起动过程失速检测方法

针对涡扇发动机起动过程出现失速的问题，对典型失速现象进行分析，提出了1 种基于数字式控制系统的涡扇发动机 起动过程失速检测方法。通过对比压气机失速和整机起动过程失速之间的特征差异，识别出失速检测的判据，建立起动过程失速检 测的基础算法模型，并依据相似原理对模型进行修正，提高了算法的适应性。以某型发动机为平台对该检测方法进行仿真和试验验 证，结果表明：该方法可有效检测出发动机起动过程的失速，尤其是在辅助动力工作时，失速检测的灵敏性、适用性和准确性明显提 高。     

涡扇发动机寿命试车性能变化的研究

在发动机连管试车台上模拟一定的飞行高度和飞行速度，对某型涡扇发动机进行了累计10小时以上的大推力状态寿命试车，总结出由于发动机部件性能衰减而引起的发动机总体性能下降的规律，并作了理论分析。     

基于直二元喷管形面尺寸的涡扇发动机参数优化设计研究

为了在设计阶段提升带直二元喷管涡扇发动机的总体性能,开展了基于直二元喷管形面尺寸的涡扇发动机参数优化的研究。首先,建立了带直二元喷管的涡扇发动机模型,提出了发动机正后向排气系统红外辐射特征的计算方法,分析了直二元喷管尺寸对发动机性能参数的影响;其次,提出了基于序列二次规划算法的设计参数多目标优化方法,优化的目标包括高单位推力、低油耗和低红外辐射强度;最后,基于以上模型,利用序列二次规划算法对在设计点非加力情况下的涡扇发动机设计参数进行多目标优化。仿真结果表明：在设计点上,相较于不带直二元喷管的涡扇发动机,带直二元喷管的涡扇发动机具有更好的红外性能,并且通过算法优化后,带直二元喷管的涡扇发动机具有更好的性能参数。     

涡扇发动机整机环境下风扇部件气动稳定性评定方法

将基于部件匹配技术的涡扇发动机非设计点性能计算模型和基于李亚普诺夫稳定性理论的压缩部件气动稳定性评定模型有机的耦合, 实现了发动机整机环境下的压缩部件气动稳定性评定, 使得该模型成为一种实用的涡扇发动机压缩部件气动稳定性分析模型.以某型涡扇发动机为例, 计算比较了均匀进气和畸变进气时发动机整机环境和单独部件评定时风扇部件稳定工作边界的异同, 从计算结果可以看到, 均匀进气条件下, 在发动机环境下和单独部件环境下所得到的风扇部件稳定工作边界变化不大;而畸变进气条件下, 同样的进口畸变度, 发动机环境下风扇的稳定裕度损失比单独部件下风扇的稳定裕度损失都小, 即在发动机环境下评定风扇稳定性时, 风扇对进气温度畸变不敏感, 而在单独部件环境下评定时, 风扇对进气畸变比较敏感.      

基于非线性系统平衡流形的某型涡扇发动机建模研究

基于非线性系统平衡流形式建模理论,直接利用涡扇发动机试车数据,通过辨识计算,建立了各主要状态参数与燃油流量和高压转子转速的状态方程关系式,由此建立了某型涡扇发动机的实时动态仿真模型.并且仿真结果与试验吻合好,且其单步计算耗时较短,从而为该涡扇发动机开展实时性仿真、进一步完善发动机性能分析和改进其控制系统设计奠定了良好的基础.      

基于直二元喷管形面优化的涡扇发动机参数优化设计研究

为了在设计阶段提升带直二元喷管涡扇发动机的总体性能,本文开展了基于直二元喷管形面优化的涡扇发动机参数优化的研究。首先,建立了带直二元喷管的涡扇发动机模型,提出了发动机正后向排气系统红外辐射特征的计算方法,分析了直二元喷管尺寸对发动机性能参数的影响;其次,提出了基于序列二次规划算法的设计参数多目标优化方法,优化的目标包括高单位推力、低油耗和低红外辐射强度;最后,基于以上模型,利用序列二次规划算法对在设计点非加力情况下的涡扇发动机设计参数进行多目标优化。仿真结果表明：在设计点上,相较于不带直二元喷管的涡扇发动机,带直二元喷管的涡扇发动机具有更好的红外性能,并且通过算法优化后,带直二元喷管的涡扇发动机具有更好的性能参数。     

基于遗传算法优化的涡扇发动机三维模糊控制

为进一步解决传统二维模糊控制器存在的快速响应与稳定性之间的矛盾,以及提高控制器的响应速度,减小超调,改善稳态性能,设计了一个基本的三维模糊控制系统,在基本控制系统的基础上引入了模糊积分混合控制器,利用改进的遗传算法对模糊规则进行了优化设计,引入了Smith预估补偿器。仿真实验结果表明,所设计的三维模糊控制系统响应速度快、无超调、控制精度高;有效克服了时间延迟的影响;鲁棒性较好,适用于小型涡扇发动机"小偏离"动态模型的控制研究。     

涡扇发动机风扇及压气机特性监测中的流量估算方法

为了监测风扇及压气机的特性漂移,提出了一种气体流量估算方法.这种方法通过联立求解内、外涵出口静压平衡关系、尾喷口流量关系及焓增流量关系4个流量平衡方程,对气体流量进行估算.同时,通过计算确定传感器偏差标志参数,可区分隔离传感器误差对流量估算的影响.仿真了不同状态下部件特性及传感器误差分别漂移2%的情况,结果表明,这种方法可以监测到风扇、压气机的特性漂移,并将其与传感器误差漂移有效区分.      

随机环境应力冲击下基于多参数相关退化的导弹部件寿命预测

为了解决某型导弹部件的贮存寿命预测问题,提出了一种随机环境应力冲击下基于多参数相关退化的寿命预测方法。针对产品存在退化失效与突发失效两种失效模式,利用Wiener、Gamma及Inverse Gaussian等随机过程模型拟合各性能参数的退化数据,并采用Copula函数进行相关性退化失效建模;利用随机环境应力冲击解释突发失效的机理,并采用非均匀泊松过程对突发失效建模;进而建立退化失效与突发失效竞争的贮存寿命预测模型。实例应用说明所提方法能够反映出导弹部件的失效规律,比传统预测方法具有更高的预测准确性,具有较好的工程应用价值。     

基于常规涡扇发动机发展变循环发动机的研究

基于现有发动机进行新技术方案验证研究是一种快速探索关键技术的途径.主要研究了一种基于常规涡扇发动机发展变循环发动机的设计思路.提出了将高压压气机第1级修改作为核心机驱动风扇级(CDFS),增加选择阀门、前可变面积涵道引射器、后可变面积涵道引射器的总体结构改进方案.描述了该变循环发动机的工作原理,确定了总体性能初步方案,进行了变循环发动机的数值模拟以预估性能收益.计算表明:超声速巡航采用单涵模式,可使推力提高5％～8％;亚声速巡航采用双涵模式,对降低耗油率不明显,但可使发动机进口空气流量增加5％,从而减小进气道溢流阻力以提高发动机的安装性能.