航空发动机超转保护系统适航符合性研究

适航要求是利益相关方的需要,不能直接作为需求用于设计,如何解读适航要求并实现设计是适航符合性的重点。以民用航空发动机超转保护系统相关适航要求为基础,利用系统工程中的需求分析方法,将超转保护系统的适航要求转化分解为全寿命周期的设计需求。针对分解识别出的设计需求,提出了发动机超转保护系统的适航符合性方法,以及电子和机械超转保护系统在适航审定中的验证内容,可为民用航空发动机超转保护系统的设计、验证提供参考和借鉴。     

叶片脱落超转保护概率设计方法研究

针对航空发动机传统的超转保护设计未考虑材料、载荷和制造公差分散性的问题，本文提出了一种基于概率的叶片脱落超转保护设计方法，建立了一种基于响应面法的叶片脱落超转保护设计概率模型，并给出了具体算法，采用多项式拟合叶片脱落超转保护设计极限状态函数，利用Monte Carlo方法获取了轮盘破裂转速分布和叶片脱落转速分布。运用概率设计方法对某发动机涡轮转子进行叶片脱落超转保护设计，结果表明：与传统方法相比，基于叶片脱落超转保护设计概率模型设计的轮盘破裂转速均值降低了约5.4%，轮盘质量减轻了约7.2%。     

涡轴发动机动力涡轮转子失去负载转速预测

为满足发动机适航规章CCAR33.27对涡轮失去负载时转子完整性的设计要求,研究涡轮失去负载瞬间转速随时间变化规律。采用多点稳态法对动力涡轮超转瞬时气动效率与转速对应关系进行研究,在此基础上,假设动力涡轮进口燃气能量不变,进而分析动力涡轮扭矩与转速的变化关系。然后采用理论力学和工程分析相结合的方法建立了动力涡轮失去负载瞬间转子转速随时间变化预测模型,并采用整机试验数据对该模型进行了验证,证明了该预测模型的合理性和准确性,建立的预测模型可为动力涡轮强度和超转保护设计提供理论依据。研究结果表明,动力涡轮转子失去负载后转速在200～300 ms上升至160%,接近大部分轮盘破裂转速,需要在涡轴发动机超转保护设计中引起足够重视。      

SR20飞机螺旋桨系统工作原理及典型故障分析

基于SR20飞机恒速螺旋桨的系统构造,通过对该型飞机螺旋桨、调速器的构造和桨毂润滑机制的工作原理进行分析,深入阐述了诸如发动机转速损失、发动机超转/全功率转速不足、螺旋桨桨毂油脂过多等典型故障的故障原因及表征现象,提供了螺旋桨系统类似故障的诊断方法及故障排除措施,为该型飞机螺旋桨、调速器的日常维护、故障排除和预防提供了有力依据。     

一种适用于FADEC系统的宽输入范围AC/DC变换器

针对航空发动机全权限数字电子控制(FADEC)系统专用发电机的输出特性,提出一种电流回馈型恒流变频AC/DC(交流/直流)变换技术,以适应专用发电机的宽输出范围,满足FADEC系统的供电需求.给出了该技术的控制策略、拓扑结构、工作原理、过压故障检测及保护设计方法.试验结果表明:该变换器工作稳定,在-55~125℃全温范围内,满足国家军用标准飞机供电特性(GJB181A)对电源的相关规定.研究成果已成功应用于某型航空发动机数字控制系统中,并通过了台架试车和飞行平台试验.      

150座级商用发动机控制技术对比分析

主要对现役150座级商用发动机CFM56-5B、CFM56-7B、V2500以及下一代150座级商用发动机LEAP X、GTF的控制技术进行初步分析,包括对FADEC系统组成、燃油系统、各项控制技术及超转保护的分析,并对现役及下一代150座级商用发动机控制技术进行对比分析,初步分析出其各项技术的差异,最后给出分析结论并...     

高超声速超燃冲压发动机实时模型仿真研究

给出了一种高超声速超燃冲压发动机实时模型建立方法.发动机采用基于特性的部件级建模思想，考虑了燃烧室的容积效应，其中，在计算进气道参数时给出一种计算激波角的方法，该方法能够一次得到激波角，不需数值解法，在保证精度的同时简化了计算过程.该发动机动态模型通过数值积分来完成，避免了循环迭代，提高了模型计算速度与实时性.以某超燃冲压发动机建模为例, 通过闭环仿真实验得到在动态过程中响应时间在1s左右，超调量为0.5%.仿真结果表明:该建模方法满足提高实时性的要求，有助于对此类发动机动态过程进行控制研究.      

开式转子发动机齿轮传动系统设计技术研究

等速对转行星齿轮传动系统是对转风扇开式转子发动机的关键技术。与齿轮驱动单级风扇(GTF)发动机的行星齿轮传动系统相比较,该系统的结构更为复杂,工作条件更恶劣。本文以对转风扇开式转子发动机齿轮传动系统概念设计为基础,开展了行星齿轮传动系统初步设计、齿轮疲劳强度分析、行星轴承寿命分析和传动系统润滑设计技术研究,为开式转子发动机的发展提供参考。     

涡扇发动机主轴承试验器考核试验方法

针对涡扇发动机主轴承试验器考核试验，从验证轴承的自身质量和轴承与发动机工况适应性的角度出发，以GJB 7268- 2011为指导，提出了一种基于发动机常规工况和极限工况的轴承试验器考核方法。该方法在传统试验基础上，对常规试验项目的 试验程序进行了细化，增设了短时多频次滑油中断试验、超温试验、超转试验、陀螺力矩试验及不对中试验等项目，提供了各试验 程序的编制要点和示例，并在涡扇发动机主轴承研制过程中对该方法进行了应用，结果表明：试验轴承通过了全部试验项目考核， 且成功装配发动机通过了持久试车验证。该试验方法可以基本覆盖该型涡扇发动机的使用工况边界，达到了在发动机整机装配 前考核主轴承工况适应性的目的，对涡扇发动机主轴承试验器考核的发展具有重要的工程指导意义。     

超燃冲压发动机进气道特性及传感器选择研究

针对超燃冲压发动机进气道状态监测系统的需求,通过对超燃冲压发动机进气道进行二维流场数值模拟,得到了超燃冲压发动机进气道在不同马赫数、不同反压下的数值模拟结果,进而通过分析进气道从起动状态到不起动状态下的壁面静压分布特性,给出了进气道起动状态的初步判断准则。在确定了进气道监测参数的基础上,将可拓学理论用于超燃冲压发动机传感器选型中,建立了超燃冲压发动机传感器选型的综合评价方法,并以压力传感器选型算例验证了该方法的可靠性。该研究为超燃冲压发动机参数测量方案制定和状态监测系统设计提供参考。     

航空发动机燃油系统执行机构及其传感器故障诊断

提出了基于执行机构模型和航空发动机逆模型的执行机构及其传感器单一故障诊断和定位方法.基于执行机构小闭环结构建立了3阶执行机构传递函数模型.基于两个并联的BP(back propagation)神经网络,建立了航空发动机稳态逆模块和动态补偿模块,形成航空发动机逆模型,以实现基于航空发动机输出的燃油流量估计.以执行机构模型输出和传感器输出之间的偏差为依据进行故障判别,以航空发动机逆模型输出和传感器输出偏差为依据对故障进行定位.以某型航空发动机及其燃油系统执行机构模型为对象进行的仿真,结果表明,该诊断系统可在航空发动机稳态、动态情况下准确地诊断出幅值在1.6%以上的执行机构及其传感器故障并进行定位,验证了所提出故障诊断方法的有效性.      

基于LMI的涡扇发动机抗积分饱和PI控制

针对航空发动机控制计划中加减速供油线对主燃油限制的控制计划,基于状态空间理论和线性矩阵不等式LMI(Linear Matrix Inequality)的方法,提出了用于解决航空发动机控制中由于主燃油供油量超加减速供油线后导致控制效果明显变差甚至出现震荡问题的抗积分饱和IWP(Integral Wind-up Protection)算法,给出了同时保证闭环稳定性和饱和抑制性的LMI解。以某涡扇发动机为被控对象,基于LMI方法在已有的控制器上进行了IWP的设计,并进行了发动机非线性动态系统性能仿真验证。结果表明,在已设计的PI控制器结构中嵌入IWP补偿器构成具有抗积分饱和作用的PI控制器,能提高控制系统的动静态性能。     

基于支持向量机的航空发动机PID解耦控制

针对航空发动机多变量控制系统中各回路之间存在的耦合现象,提出了一种基于支持向量机(support vector machines,SVM)的航空发动机PID(proportion integration differentiation)解耦控制方法.利用SVM辨识发动机非线性模型,并获得SVM瞬时线性化模型,在线性化模型的基础上完成了PID参数的在线自整定.利用Lyapunov稳定性定理对控制器的收敛性进行了分析.通过对某型航空发动机的仿真,验证了该方法的有效性和可行性.      

发动机转子系统早期故障特征提取方法

对飞机发动机转子系统早期故障特点进行分析的基础上,提出了利用虚拟仪器和Matlab小波工具箱分析软件对其早期故障进行检测和特征提取的方法.文中对早期故障特征量的选取、有用信号与噪声信号的分离方法、突变信号与奇异信号的特征提取等进行了分析和研究,并以转子早期碰摩和早期不平衡为例进行了实验研究.结果表明,Labview和Matlab小波分析软件相结合,能够快速有效地提取发动机转子系统的早期故障特征,为发动机转子系统早期故障的快速识别提供了一种新途径.     

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.      

民用航空发动机水洗效果量化评价方法

为了掌握水洗对民用航空发动机性能的改善效果,实现从定时水洗向视情水洗的转变,并为航空公司评估节能减排工作成效提供支持,提出一种发动机水洗效果量化评价方法。该方法选择延长在翼时间和节省燃油量作为评价发动机水洗效果的两个主要指标,给出评价指标的计算方法;建立基于成本的发动机水洗效果评价模型,基于该模型对水洗效果进行评价;采用某台水洗后发动机的实际数据对所提出的方法进行验证。最后,基于所提方法开发发动机水洗管理系统。结果表明:所提方法能够实现发动机水洗效果的定量评价,为视情水洗的实现和航空公司评估节能减排工作成效提供支持。     

基于SPSO-SVR的融合航空发动机传感器故障诊断

针对航空发动机常见的传感器故障问题, 提出了一种利用改进的粒子群算法训练支持向量回归机, 并利用融合机制将其应用于传感器故障诊断.论述了用一簇支持向量回归机(SVR)预测器对传感器进行实时检测, 通过逻辑判断机制隔离故障传感器, 并且依据剩余的无故障传感器信息实现信号重构.以某型航空发动机传感器在其整个工作范围内受到的冲击、偏置和漂移故障为例, 验证了基于自协调粒子群优化支持向量回归机(SPSO-SVR)算法的融合诊断机制对传感器单一故障和多重故障具有较高的精度和计算效率.      

航空发动机分布式控制系统技术分析及系统方案

分析了航空发动机分布式控制系统的系统结构、通讯总线、智能元件、高温电子元器件及分布式电源总线等领域的研究现状,并进行技术成熟度评估.结果表明:航空发动机分布式控制系统研究处于基础研究阶段,各项技术成熟度(TRL)主要处于TRL1~TRL2.针对某涡扇发动机提出基于TTCAN(时间触发控制器局域网协议)总线的过渡分布式和部分分布式两种控制系统方案,分析了各方案中系统结构、控制功能和信号交互特点,以期为航空发动机分布式控制系统进一步研究提供参考.      

基于支持向量机的航空发动机转静碰摩部位诊断规则提取

引入基于支持向量机(SVM)的数据挖掘技术,提出了基于SVM的转静碰摩部位诊断知识获取.首先,基于带机匣的航空发动机转子实验器,模拟了4个碰摩部位的碰摩实验,利用机匣4个部位的应变测试,获取了4个碰摩部位和4个测点的大量实验数据;然后提出了一种基于支持向量聚类(SVC)的诊断知识规则提取方法.在该方法中,利用SVC算法得到特征选取后样本的聚类分配矩阵,最后根据聚类分配矩阵构建超矩形规则.为使规则更加简洁,易于解释,采用规则合并、维数约简、区间延伸等方法对超矩形规则进行进一步简化.利用基于SVM的数据挖掘方法,从大量的碰摩部位实验数据中提取出了转静碰摩部位诊断的知识规则,并进行了相应解释和验证,规则识别率达到了99%以上,表明了该方法的正确有效性.