基于快速原型的涡扇发动机气路部件在线健康监控系统设计

为实现涡扇发动机全包线范围内具有较高精度的快速实时仿真,结合快速原型技术和发动机非线性模型设计了一种气路部件在线健康监控系统。该系统采用涡扇发动机非线性模型模拟真实发动机进行实时计算,并将基于优化拟合法获得最优的发动机线性化模型融入扩展Kalman滤波算法,对气路部件健康参数进行实时跟踪,将该跟踪方法运用于基于CompactDAQ和CompactRIO平台设计的发动机在线故障诊断原型系统进行仿真试验验证。仿真结果表明,基于快速原型技术与发动机非线性模型构建的在线健康监控系统能够实现对气路部件故障的有效诊断,平均正确率达到98.28%。     

涡扇发动机气路传感器故障诊断

为了实现对某涡扇发动机传感器故障的在线诊断,提出并设计了1种基于在线贯序极端学习机的故障诊断算法。其核心思想是在定位某传感器故障后,在线建立针对该故障传感器"预学习"的信号重构算法,解决多故障混叠问题。在线信号重构算法以泛化能力指标为判定条件,利用选择策略对算法网络权值进行选择性更新,提高了故障诊断系统的实时性。以某型涡扇发动机为对象开展了传感器故障诊断与重构仿真,结果表明:该算法能够对发动机单、双传感器故障进行准确地诊断与信号重构,且具有良好的实时性。     

液体火箭发动机健康监控──故障分析与仿真

以故障分析为目的，建立了一种大型泵压式液体火箭发动机的基本数学模型及实时数学模型，采用历史数据统计及数字仿真分析结合的方法，对发动机的故障模式及其效应进行了分析研究。提出了液体火箭发动机故障诊断系统的框架。为了对液体火箭发动机健康监控的算法及软件进行验证，以实时数学模型为基础，提供并建立了一个实时仿真验证系统。     

涡扇发动机传感器故障诊断的快速原型实时仿真

为快速高效地完成涡扇发动机传感器故障诊断算法的硬件在环仿真试验,构建了以NI CompactRIO为核心的传感器故障诊断系统的快速原型实时仿真平台.基于一簇卡尔曼滤波器,在LabVIEW编程环境中建立了传感器故障诊断系统.分别在涡扇发动机模型稳态和动态工作时完成了对单个传感器故障的检测、隔离和重构的硬件在环仿真试验并验证了算法精度.经过大量试验,结果表明:基于卡尔曼滤波器理论的诊断算法能在传感器故障情况下确保控制系统安全运行,诊断精度最高可达1.4%;同时表明,该快速原型实时仿真平台的设计是成功的.研究工作为发动机传感器故障诊断系统的半物理仿真试验奠定了基础.      

液体火箭发动机静态仿真通用模块化方法

提出了一种新的液体火箭发动机静态仿真模块化计算方法。该方法按照预定的计算顺序,对发动机系统的各个模块进行迭代计算,并采用拟牛顿法求解系统可调变量。该方法对各种发动机静态仿真具有通用性,可用于分析发动机系统内外干扰因素对发动机性能的影响、发动机静态故障仿真或发动机调整计算。该方法能较大地减少系统未知量数目,求解速度快,精度高。该方法已在计算机上采用面向对象程序设计实现,本文给出了用该程序对某液体火箭发动机进行静态特性计算的结果。     

航空发动机在线综合诊断结构设计及仿真验证

随着机载航空电子设备的快速发展,使得传统地面系统承担的发动机诊断任务可以在线实现。实时数据的使用,可以在线监测发动机性能退化,减少故障检测和隔离的潜伏期,增加间歇性故障的检测率。为此,提出并设计了一种用于航空发动机气路故障检测和隔离、健康监测及参数估计的在线综合诊断结构。基于xPC Target 原理搭建了硬件实时仿真平台,对该结构进行了仿真验证。仿真结果表明,该结构中的机载自适应模型对发动机健康参数、可测参数和不可测参数的估计误差在0.5%以内;气路故障诊断系统采用实时数据,可以更早地检测和隔离包含间歇性故障在内的各种气路故障。     

液体火箭发动机泄漏故障实时仿真

以某泵压式供应系统的液体火箭发动机作为研究对象, 进行泄漏故障状态下的模拟, 为提取泄漏故障模式、优化监控参数、泄漏故障检测和诊断奠定了基础。仿真的结果表明, 模型能够较精确实时地仿真泄漏故障     

液体火箭发动机健康监控──故障检测与诊断

以大型液体火箭发动机故障诊断系统框架为基础，按照发动机不同工作阶段的特点建立了相应的故障检测与诊断算法。利用发动机的高队数学模型，对基于推广的卡尔曼滤波器技术的新息检测算法进行了研究。根据发动机系统工作过程的特点，建立了降阶故障模式响应模型，并发展了相应的故障模式检验方法。为了适应在线实时检测的需要，利用发动机的试验数据，分别研究了基于人工神经元网络辨识模型的发动机启动过程检测算法和基于时间序列分析方法的发动机主机工作过程检测算法。通过试验数据的检测验证，证明了这些实时算法的快速性、准确性和鲁律性。     

基于灰色关联分析的航空发动机气路部件故障诊断

为了改善对航空发动机气路部件故障诊断能力,提出了一种基于灰色关联分析的两层诊断方法。该方法首先利用粒子群算法优化各蜕化程度下灰色关联加权指数,构建标准故障序列,利用灰色关联分析进行第一层定性诊断,再优选故障模式利用灰色斜率关联分析方法进行二次诊断,得到了气路部件故障诊断结果。仿真表明,改进二次灰色关联分析诊断方法比单层诊断方法结构更简单,计算量小,更适合于较多传感器的发动机诊断系统,比经验灰色关联分析方法诊断精度更高。     

某航空涡轴发动机健康状况监视与分析

为了及时掌握某涡轴发动机的健康状况，设计了机载发动机参数监视仪，发动机的热力参数，滑油参数及振动参数进行了监视，编制了地面分析软件，给出了用于诊断发动机单元体故障的测量参数和部件性能评估参数，探讨了利用故障因子概念诊断单元体故障的方法，运用发动机的实际无故障数据和模拟故障数据进行了仿真，结果表明，诊断结论可信，该系统在对役涡轴发动机的健康监视具有实用性。     

航空发动机的模糊故障诊断方法研究

提出了一种基于T-S模糊模型的故障诊断方法, 该方法从样本空间提取模糊规则, 在模糊系统参数最优化的同时实现了对模糊系统结构的自适应优化, 并给出了故障判定的阈值确定方法.以某涡扇发动机定检稳态的机载记录数据为依据, 将基于T-S模糊模型的故障诊断方法应用于航空发动机, 研究结果表明, 该方法能准确地判定某涡扇发动机的健康状况, 将其应用于航空发动机故障诊断是可行、有效的.      

基于适航要求的飞机和发动机多余度信号表决设计

为保证机双发或4发在相同油门杆／操纵杆角度下的推力／功率一致,发动机控制系统可使用来自飞机的环境温度、 压力信号。适航要求当飞机信号发生错误时发动机推力变化不超过3%,因此发动机控制系统需要具备飞机信号容错能力。为满 足以上要求,以发动机传感器信号为基准,根据适航条件计算飞机各信号的加权系数,综合发动机传感器基准信号、飞机信号加权 系数及其优先级顺序,设计出飞发系统之间多余度信号加权平均综合表决算法。结果表明：利用该算法,在同时满足飞机多台发 动机推力一致性需求和适航要求的前提下,可选择出精度、可信度较高的信号,在信号选择状态发生变化时,能够保证发动机推力 平稳过渡。     

涡扇发动机故障诊断的快速原型设计

提出一种基于发动机基线模型的面向气路故障诊断的快速原型设计方法.考虑到基于模型的发动机全包线范围的故障诊断方法需要有较高精度的模型,选择合适的换算参数对已有的相似变换参数进行修正,建立适用于全包线的发动机基线模型,设计基于加权最小二乘算法的故障诊断模型,并将其写入至CompactRIO构建了发动机故障诊断的快速原型.通过对某型涡扇发动机试验表明:该种故障诊断的快速原型设计方法是有效的.      

基于.NET的小型涡扇发动机故障判读系统设计与实现

针对某小型涡扇发动机试车数据的故障判读与诊断问题,应用先进的数据库管理技术建立并设计了发动机异常监视和故障诊断系统,包含试车数据异常监视与试车故障诊断2大功能模块.该系统依托.NET开发平台框架,采用以Web技术为中心的B/S(Browser/Server)结构,以Oracle 10.0g作为试车故障信息数据库,同时按照系统的功能需求实现不同试验模式下试车数据故障诊断.试验验证表明:该系统能有效实现发动机性能、控制参数的异常判读和故障诊断.     

发动机亚定故障方程组整体优化解分布函数模型

提出了求解发动机亚定故障方程组整体优化解的分布函数模型.该模型利用一种可以控制自变量数值在整体解中分布的分布函数与亚定故障方程组的残差平方和构成复合目标函数,同时以物理合理性准则作为约束条件,构成一个非线性规划问题.分布函数模型可以在小于、等于特别是大于故障方程个数的各种复杂情况下给出全面的故障诊断信息,从而为目前迫切需要解决的发动机性能监控与故障诊断中在测量参数不足的情况下,对发动机进行全面性能诊断的技术难题提供出一种切实可行而又十分有效的数学模型.首次提出了作为评价发动机全面性能诊断算法有效性指标的相似度的概念,并且以JT9D发动机全面性能诊断问题为例,利用Monte Carlo随机模拟方法确定了分布函数模型可以达到的相似度值.研究结果表明,分布函数模型的相似度可达0.9以上.还利用JT9D发动机的实际故障样本对分布函数模型进行了检验.     

发动机全面性能诊断的随机搜索模型

提出了求解发动机亚定故障方程组整体优化解的随机搜索模型。该数学模型可以在同时发生的故障模式的数目小于、等于、特别是大于测量参数个数的各种复杂情况下给出全面的故障诊断信息。以JT9D发动机全面性能诊断问题为例,利用随机模拟样本对随机搜索模型的诊断有效性进行了评估,并且利用JT9D发动机的24个实际故障样本对随机搜索模型进行了检验。研究结果表明,利用4个测量参数可以对发动机主要部件同时发生的6～10个故障进行诊断。诊断有效性指标可达0.89～0.94.     

基于Kolmogorov熵的转子—机匣系统故障诊断研究

提出了基于Kolmogorov熵的航空发动机转子—机匣系统状态识别和故障诊断新方法。应用关联积分算法,基于实测的航空发动机机匣振动时间序列求解了转子—机匣系统不同工作状态和故障状态的Kolmogorov熵;基于Kolmogorov熵,对航空发动机转子—机匣系统进行了状态识别和故障诊断。研究结果表明,该法具有较高的状态识别和故障诊断能力。     

航空发动机燃油系统执行机构故障诊断及验证

研究了基于执行机构模型以及发动机逆模型的发动机燃油系统执行机构及其传感器故障诊断方法.基于发动机半物理仿真试验台试验数据建立执行机构小闭环传递函数模型,通过二次多项式拟合将油针位置转换为燃油流量.提出基于自校正在线训练神经网络算法建立发动机逆模型,以离线训练网络参数初始化在线系统,基于阈值更新网络参数,并对学习速率进行自校正,以提高算法的泛化能力及收敛速度.对比执行机构模型输出、发动机逆模型输出与LVDT传感器测量位移换算得到的燃油流量,基于阈值判断故障状态.在T700涡轴发动机半物理仿真试验平台上进行试验,实现了在发动机额定及各种性能退化状态下,执行机构及其传感器漂移和偏置故障的准确诊断及定位,验证了算法的有效性.     

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。