基于性能参数残差序列分析的发动机性能衰退研究

为研究发动机在使用过程中的性能衰退,提出了一种发动机部件性能参数残差序列分析方法。利用发动机模型进行发动机测量参数对部件性能参数的敏感度分析,优化选取充分表征发动机性能衰退的部件性能参数,建立性能参数多元线性回归模型,得到了性能参数的残差序列,通过对残差序列的统计量分析,成功地确定了发动机性能突变时刻,为发动机的维护起到了一定的指导作用。     

基于支持向量机的发动机性能衰退指标分类和预测

基于支持向量机几何距离建立表征发动机性能衰退程度的指标,并基于相空间重构理论对该指标进行多步预测,表明回归支持向量机结果优于神经网络预测结果。利用主元分析、核主元分析方法对发动机性能特征量约简并提取其主元,得到核主元分析的分类效果更好。利用交叉验证的方法优化分类支持向量机和核函数中相关参数,给出发动机性能衰退指标曲线。通过建立统计量的方法分析发动机性能变化,确定性能变化关键点。所得结论对做好发动机维护保养工作,延长发动机使用寿命具有一定的指导意义。     

航空发动机性能监控与预测

测量参数选择和数据处理 发动机性能监控就是利用测量的气动热力参数,如发动机气路中各主要截面的总温、总压、静压、转子转速和燃油流量等来分析发动机及部件的性能水平,并可将气动热力参数反映的故障隔离到气路部件或单元体及有关的子系统中.     

涡扇发动机气路部件衰退对转速差影响研究

针对缺乏涡扇发动机气路部件性能衰退与加力性能关联研究的问题,利用发动机模型在加力和不开加力两种情况下的求解及曲面拟合技术,获得气路部件的流量和效率参数耦合变化对应的转速差值曲面,并与转速差值限制条件比较,确定气路部件满足转速差值限制条件的性能包线。研究结果表明:压气机对转速差值性能的影响大于涡轮,低压压气机(风扇)是影响最大的部件。每个部件效率衰退的影响大于其流量衰退的影响。研究结果明确了对加力性能影响较大需要重点监控的气路部件,为保障发动机加力性能和加力系统稳定工作提供了理论依据。     

基于非线性约束模型的发动机部件性能衰退研究

引入流量因子和效率因子,通过在稳态模型中修改流量因子和效率因子,模拟几种性能失效形式,分析了它们引起压气机和涡轮测量参数的变化.以发动机稳态模型为基础,构建优化部件性能参数的非线性约束模型,得到部件性能参数的衰退过程.在得到的性能参数基础上,代入到发动机稳态模型,得到对应的测量参数,同时滤掉噪声的干扰.又运用雅克比矩阵建立部件性能参数与测量参数的对应关系,得到的测量参数与非线性结果进行比较,证明了非线性约束模型计算发动机测量参数的优越性     

自适应核模式分析方法及其在航空发动机部件性能衰退识别中的应用

针对测量数据因其部件之间的耦合不能有效识别各个部件性能衰退程度的问题,提出一种基于性能修正因子核模式分析的发动机部件性能衰退识别方法,并能与传感器测量偏差区分开。首先将传感器测量数据输入到自适应模型中去,产生一组用于识别部件性能衰退的修正因子。将修正因子参考模式通过核模式映射到高维特征空间中去,在此可分(基本可分)空间中完成识别。考虑到修正因子参考模式在高维空间中映射的像呈带状分布,几何距离不能有效识别,基于此采用神经网络方法对模式进行识别。识别成功率达到94.34%。进一步分析了特征约简的输入维数对识别效果的影响以及所提方法的泛化能力。考查了噪声对模式识别的影响,得到幅值3%以内的噪声对识别结果无明显影响。证明了“自适应模型+核模式分析+神经网络”识别方法是可行的。      

基于统计分析的发动机性能衰减指标研究

采用发动机部件模型进行发动机监测参数对部件性能参数的敏感度分析,并依据PRESS准则优化选取充分表征发动机性能衰减的监测参数,通过建立性能衰减指标残差序列的统计量,跟踪分析发动机性能变化规律。仿真结果表明,性能衰减指标残差序列能够确定性能变化关键点,能够监控发动机的状况变化,为发动机实现主动维护提供决策支持。     

大涵道比涡扇发动机核心机试验性能评定方法

为了在试验验证阶段准确、全面地剖析涡扇发动机核心机性能，基于核心机多次试验结果，提出在工程中易实现的核心 机性能评定方法。通过试验确定测量参数，介绍核心机性能评定工作流程，论述性能评定关键参数的测量和计算方法。分析部件 流量、效率等参数变化对核心机循环功及油耗的影响，以涡轮为例阐述部件试验与核心机试验差异的原因包含气动构型、工作环 境、测量不确定度、冷气4个维度的因素，论述了通过减少漏气、优化工作线等手段提升部件效率，讨论核心机流量、循环功、耗油 率对整机的支撑作用。核心机与部件偏离的合理范围应参照测量不确定度，超出合理范围的偏离采用了单因素敏感性分析方法 分解到部件层级。结果表明：该方法适用于大涵道比涡扇发动机核心机试验性能评定，对其他构型的核心机也有一定借鉴作用。     

基于云粒子群算法的航空发动机性能衰退模型研究

压气机和涡轮是发动机的关键部件,其性能下降对发动机性能有重要影响。本文研究了压气机和涡轮的性能衰退,将部件性能衰退等价转化为部件失效因子,修正部件特性,建立了某型涡扇发动机的非线性性能衰退计算模型;提出了云粒子群优化算法,以改善迭代收敛速度慢、计算时间长的问题。基于非线性发动机性能衰退模型,进行了部件性能衰退对发动机性能影响的定量计算,所得结论为发动机状态监控提供了依据。     

基于RF-SVR的燃油计量装置性能衰退检测和剩余寿命估计方法

为了实现航空发动机燃油系统的安全状态监测和健康管理,开展了燃油系统性能衰退检测和剩余使用寿命估计方面的研究。以燃油系统燃油计量装置为例,分析了其主要的性能衰退模式,设计了基于电流-速度数据的健康指标(HIs)选取方案,并考虑环境及模型参数不确定性,进行模型不确定性仿真,基于健康数据与性能衰退数据间的马氏距离对部件性能衰退进行检测。提出了基于随机森林-支持向量回归(RF-SVR)的剩余使用寿命(RUL)估计方法,利用通过RF特征选择优化的SVR模型实现部件RUL估计。最后基于某型民用涡扇发动机机械液压模型仿真数据对该方法进行了验证,结果表明:该方法的性能衰退检测虚警率及漏报率低于2%,RUL估计误差低于3%,可为航空发动机燃油系统的预测性维护提供参考。      

某型涡扇发动机部件老化对性能影响的分析与计算

详细分析了部件老化对发动机性能影响的机理.利用所能得到的统计数据, 基于部件匹配技术, 通过将考虑部件老化影响的部件特性嵌入到发动机稳态性能计算模型中, 建立了考虑部件老化的发动机性能计算模型, 采用Newton-Raphson迭代收敛技术求解非线性方程组, 获得考虑部件老化影响的发动机性能.以某型涡扇发动机为例, 定量地计算分析了部件老化对发动机性能的影响, 计算结果和发动机实际试车数据对比具有较好的一致性, 表明本文发展的方法是合理的.      

涡轴发动机性能退化数学建模研究

分析了航空发动机各部件性能退化原理;分别建立了压气机、燃烧室、涡轮性能退化的部件模型;根据航空自由涡轮式涡轴发动机的工作和使用特点,建立了性能退化的涡轴发动机数学模型;利用该模型,仿真研究了不同部件性能退化对涡轴发动机性能参数的影响。结果表明,建立的模型正确反映了部件退化对涡轴发动机的影响。     

某型涡轴发动机性能衰减与部件退化评估

为在某型涡轴发动机持久试验中进行性能健康检查,采用多点匹配方法建立了个体发动机性能衰减计算模型,基于非线性气路分析方法对部件性能退化进行了计算,集合已有经验确定性能偏离部件,完成了某型发动机持久试验中不同阶段的性能衰减评估.结果表明,某型发动机性能衰减及部件性能退化成阶段性分布,前期压气机和燃气涡轮性能变化最快,随后处于相对稳定阶段,动力涡轮性能在目前试验时数范围内基本无变化.该方法的验证为涡轴发动机使用过程中的性能健康与评估提供了有益的经验.      

传感器故障下的航空发动机机载自适应模型重构

利用航空发动机测量参数偏离正常工作情况下的变化量,可以估计发动机的非额定工作状况,并以此对机载模型进行校正,使其与真实发动机工作状况保持一致。建立了包含发动机性能蜕化因素的状态变量模型并对其进行了增广,设计了卡尔曼滤波器,根据可测输出偏离量对发动机性能蜕化值进行了估计,并将性能蜕化值用于修正发动机不可测输出参数。考虑了当某一传感器发生故障后,利用一簇卡尔曼滤波器对发生故障的传感器进行诊断并隔离,并依据剩余非故障传感器的信息对自适应模型进行重构。仿真结果表明,重构的自适应模型能够满足精度及实时性要求。      

平台式惯性导航系统在线可靠性评估技术

平台式惯性导航系统是现代导航的重要设备,由于其所处环境和制造工艺各不相同,导致各个体之间的可靠性有着明显的差异。如果对收集到的性能误差数据进行统一处理,无法准确地反映个体之间的差异性,不利于掌握平台式惯性导航系统个体的可靠性规律。针对该问题,对平台式惯性导航系统的在线可靠性评估方法进行了重点研究。结合平台式惯性导航系统使用过程中的性能变化特点和失效机理,利用复合Poisson过程建立了其性能退化模型,并给出了性能参数评估方法。通过算例分析,说明建立的性能退化模型能够较好地描述平台式惯性导航系统的性能退化规律,有助于掌握平台式惯性导航系统的可靠性水平。     

基于性能退化缓解的双发推力匹配控制

为了解决退化程度不同而导致的双发推力不匹配问题,首先介绍基于发动机性能退化缓解控制的双发推力匹配控制系统(在发动机基准控制系统的基础上添加外围控制回路实现对推力的间接控制,并通过设定双发共同遵循的期望推力减少由于发动机退化程度不同造成的双发推力差异),之后对该系统所涉及的推力设定、参数估计、转速指令修正等关键技术进行研究,最后在MATLAB/Simulink环境下进行仿真验证,结果表明:该系统可以在发动机参数限制范围内合理地设定双发共同遵循的期望推力,减少推力差异,满足自动协调双发推力匹配的设计要求。