基于数据驱动的航空发动机故障诊断与预测方法综述

航空发动机故障诊断与预测是航空发动机健康管理的重要内容,基于数据驱动的故障诊断和预测技术是航空发动机故障和预测领域广泛应用的方法。本文总结了基于数据驱动的航空发动机故障诊断与预测的主要方法及特点,展望了航空发动机故障和预测方法的未来发展方向。     

航空发动机故障诊断算法测试平台

在MATLAB/Simulink环境下搭建航空发动机故障诊断算法测试平台。利用已有的民用大涵道比涡扇发动机非线性模型进行仿真得到航空发动机故障数据,数据既可以用于故障诊断算法的开发,也可以用于故障诊断算法的验证。对用户提供的故障诊断算法按照统一的评价标准进行分析,得出诊断算法优良性的量化值,使得不同结构、不同平台的诊断算法能直接作出比较。通过故障诊断算法的诊断结果进行分析,得到的评价结果可全面反映故障诊断算法的性能。     

基于云关联度的航空发动机传感器、部件故障识别系统设计

针对灰色关联度方法用于发动机故障诊断精度低的问题,结合云理论和关联度分析方法,提出了云关联度方法,利用“云滴”能够反映映射的模糊性和随机性与整体“形状”变化分布这一特性,克服数据挖掘的模糊性和随机性问题,采用综合隶属度方法能够充分对数据进行挖掘,最终计算出云关联度.为了实现航空发动机传感器、部件单一故障的实时识别和诊断,在分析航空发动机传感器故障和部件故障特点的基础上,利用云关联度方法,设计了航空发动机传感器、部件故障的识别系统.仿真结果表明该方法不仅能够实时正确区分航空发动机传感器、部件故障,还能准确诊断出故障发生的传感器或者部件的位置,有效地改善了航空发动机故障诊断能力.      

涡轴发动机分布式控制系统传感器故障诊断技术

为满足航空发动机分布式控制系统的故障诊断需求,重点解决分布式控制系统中总线通信时延对传统故障诊断措施效果的影响,提出了一种新的航空发动机分布式控制系统故障诊断方法。针对航空涡轴发动机,搭建了包含随机时延的分布式控制系统数学模型,利用等价空间法（PSM）设计故障诊断滤波器组。并将改进的故障诊断方法与传统的基于Kalman滤波器组的方法进行对比仿真验证。结果表明,基于PSM算法所设计的故障诊断滤波器组,在对包含随机时延的涡轴发动机分布式控制系统进行传感器故障诊断中,能有效降低时延所引起的故障指示信号跳变幅度。证明此方法能够减少通信时延导致故障误判的情况,提高发动机分布式控制系统故障诊断的准确率。     

人工神经网络在某型航空发动机故障诊断中的应用

介绍了神经网络在航空发动机故障诊断中的应用 ,给出了利用神经网络方法进行航空发动机故障诊断的方法和步骤及需注意的关键问题 ,并利用神经网络方法诊断了加力泵不供油故障     

航空发动机故障仿真研究

基于航空发动机正常工况下的数学模型,结合航空发动机实际运行状况,确立了几种发动机的典型运行故障。通过对故障进行分析,选取对故障比较敏感的气动或性能参数作为故障诊断参数。最后,在以上基础上建立航空发动机故障数学模型。     

某型发动机气流激振故障诊断

针对某型双转子航空发动机发生的气流激振故障,分析了振动机理,通过测试描述了故障特征,最后通过实例分析进行了故障诊断,找到了故障发生的原因.     

基于奇异值差的转静件碰摩故障诊断方法研究

针对目前奇异值分解方法在航空发动机碰摩故障诊断处理中的不足,在基于矩阵分析推导奇异值残差重构信号能量成分的基础上,提出了利用奇异值残差重构突变信息的方法并建立了诊断流程.利用仿真信号对提出的方法进行了验证,得出了该方法与理论分析相符合.最后将其应用于某型航空发动机实测数据的处理,成功地判断出该发动机碰摩的时刻和碰摩故障的延展,结果表明该方法对航空发动机碰摩故障的诊断具有良好的效果.      

基于Delphi-模糊Petri 网的航空发动机故障诊断

针对航空发动机故障诊断的实际问题,给出了模糊Petri 网的定义,同时在各类模糊式规则的基础上,建立了故障诊断 推理方法及故障原因判断准则。通过对航空发动机滑油系统最小滑油压力信号灯燃亮故障的实例分析,将Delphi 法与模糊Petri 网结合,综合2 种方法的优势,采用反向故障诊断,用Delphi 法计算出所有可能的故障原因的置信度,验证了Delphi- 模糊Petri 网在故障诊断方面的有效性与所建立模型的可行性,为航空发动机的故障定位与故障原因推理提供了1种可行方法。     

航空发动机振动监测与故障诊断技术研究进展

航空发动机汇集各领域高精尖技术,是国家科技、工业和国防实力的综合体现。复杂结构与恶劣服役环境致使其故障频发,发动机故障诊断与健康管理技术成为保障其安全、可靠运行的重要支撑。由于振动类故障是航空发动机的主要故障模式,本文从整机振动监测与故障诊断的系统研制与应用、理论研究现状及发展方向3个方面,对国内外现有航空发动机振动类故障诊断技术进行梳理、剖析,具体包括动力学分析、信号处理及深度学习等相关技术,分析航空发动机振动类故障诊断面临的问题与挑战,并归纳未来发展趋势。     

机载系统测试性设计体系研究

军用飞机在外场表现出诊断能力不足的现象,严重影响飞机再次出动的效率。从军用飞机故障诊断 的实际使用需求出发,深入分析机载系统在设计、试验过程中存在的测试性设计问题;针对军用飞机整个研制 与使用过程,明确设计目标,提供设计、验证和评估方法,将原来相互孤立的设计工作进行整合,提出一套完整 的机载系统测试性设计体系,并对测试性设计过程中的诊断能力设计、测试性试验等关键环节进行深入剖析; 同时,在工作方法、专业定位和制度保障方面提出改进建议,能够有效促进测试性设计有机地融入机载系统的 设计过程,提升机载系统测试性水平,提高飞机综合诊断能力。     

测试性研制阶段数据评估验证方法

分析了现有测试性验证方法应用情况,阐述了测试性研制阶段数据评估验证方法的必要性。通过与现有测试性验证方法的对比分析,提出了一种新的测试性验证方法,并说明了该验证方法的含义和特点。该验证方法可用于故障检测率、故障隔离率和虚警率的验证。建立了该验证方法的工作框架,包括验证要求、验证程序、验证技术和验证组织。重点阐述了该验证方法的两种工作方式实施流程、适用的最小样本量范围、测试性数据收集表格和测试性数据判据。其中,测试性数据收集表格可以记录故障检测、故障隔离和虚警信息。进行了案例应用,给出了数据分析结果和经验总结。案例应用表明该方法能够达到测试性验证的效果。     

故障诊断策略的优化方法

 以相关性模型为基础,综合可靠性和测试费用等因素提出了一种系统级优选测试点方法和故障诊断策略。首先根据系统的相关性矩阵,将测试性度量、故障概率和测试费用统一考虑,推导出测试点的故障诊断信息量计算公式;然后根据信息量的大小依次选择测试点,并确定出优化的故障诊断策略。所得到的故障诊断策略确保了在较低的测试费用下,使用尽可能少的测试步骤快速完成系统的故障检测和隔离。     

A Fault Sample Simulation Approach for Virtual Testability Demonstration Test

Virtual testability demonstration test has many advantages,such as low cost,high efficiency,low risk and few restrictions.It brings new requirements to the fault sample generation.A fault sample simulation approach for virtual testability demonstration test based on stochastic process theory is proposed.First,the similarities and differences of fault sample generation between physical testability demonstration test and virtual testability demonstration test are discussed.Second,it is pointed out that the fault occurrence process subject to perfect repair is renewal process.Third,the interarrival time distribution function of the next fault event is given.Steps and flowcharts of fault sample generation are introduced.The number of faults and their occurrence time are obtained by statistical simulation.Finally,experiments are carried out on a stable tracking platform.Because a variety of types of life distributions and maintenance modes are considered and some assumptions are removed,the sample size and structure of fault sample simulation results are more similar to the actual results and more reasonable.The proposed method can effectively guide the fault injection in virtual testability demonstration test.     

飞机机轮速度检测系统故障模式及判别方法研究

本文通过机轮测速系统组成、工作原理、分析出具体故障模式,提出机轮速度检测系统故障判别方法,解决飞机防滑刹车系统外装式机轮速度检测系统速度传感器无信号输出故障故障定位问题,提出机轮测速系统安装使用注意事项,提高飞机防滑刹车系统维修性、测试性、保障性技术水平,更好满足用户需求。     

一种基于二次分配的测试性指标分配方法

针对现有主流测试性分配方法均为一次性分配，缺乏必要的反馈和修正，一旦有单元分配指标过高无法实现，会导致系统指标也无法实现的问题，提出了一种基于二次分配的测试性指标分配方法。利用基于反正切函数的改进故障率分配法实施初次分配，由单元开展测试性初步设计和预计，基于单元测试性指标预计结果判断是否需要实施再次分配，如需要再次分配，则基于单元相对难度系数的修正函数，对指标偏高/偏低的单元实施再次分配，得到最终分配结果。通过仿真算例和实例验证了二次分配方法的有效性和先进性。     

A novel testability model for health management of heading attitude system

Prognostics and health management (PHM) is very important to guarantee the reliability and safety of aerospace systems, and sensing and test are the precondition of PHM. Integrating design for testability into early design stage of system early design stage is deemed as a fundamental way to improve PHM performance, and testability model is the base of testability analysis and design. This paper discusses a hierarchical model-based approach to testability modeling and analysis for heading attitude system health management. Quantified directed graph, of which the nodes represent components and tests and the directed edges represent fault propagation paths, is used to describe fault-test dependency, and quantitative testability information is assigned to nodes and directed edges. The fault dependencies between nodes can be obtained by functional fault analysis methodology that captures the physical architecture and material flows such as energy, heat, data, and so on. By incorporating physics of failure models into component, the dynamic process of a failing or degrading component can be projected onto system behavior, i.e., system symptoms. Then, the analysis of extended failure modes, mechanisms and effects is utilized to construct fault evolution-test dependency. Using this integrated model, the designers and system analysts can assess the test suite’s fault detectability, fault isolability and fault predictability. And heading attitude system application results show that the proposed model can support testability analysis and design for PHM very well.     

BIT和ATE组合测试技术及其应用

详细介绍了BIT和ATE组合测试技术及其在机载电子设备测试与故障诊断的具体应用。应用表明BIT和ATE组合测试技术可有效提高设备的测试性。     

Sensor Optimization Selection Model Based on Testability Constraint

Sensor selection and optimization is one of the important parts in design for testability. To address the problems that the traditional sensor optimization selection model does not take the requirements of prognostics and health management especially fault prognostics for testability into account and does not consider the impacts of sensor actual attributes on fault detectability, a novel sensor optimization selection model is proposed. Firstly, a universal architecture for sensor selection and optimization is provided. Secondly, a new testability index named fault predictable rate is defined to describe fault prognostics requirements for testability. Thirdly, a sensor selection and optimization model for prognostics and health management is constructed, which takes sensor cost as objective function and the defined testability indexes as constraint conditions. Due to NP-hard property of the model, a generic algorithm is designed to obtain the optimal solution. At last, a case study is presented to demonstrate the sensor selection approach for a stable tracking servo platform. The application results and comparison analysis show the proposed model and algorithm are effective and feasible. This approach can be used to select sensors for prognostics and health management of any system.     

基于扩展单故障策略的多故障诊断算法

目前存在的测试性分析和故障诊断工具基本都是基于单故障假设,这一假设已经不适用于拥有很多元器件的复杂系统或者在运行过程中很少或不具备维修机会的系统。针对这一问题,研究了有效的基于扩展单故障策略的多故障序贯测试算法。该算法以最优单故障策略为基础,通过应用附加测试来隔离隐藏故障;通过更新故障状态集,重新调用单故障策略来隔离冒充故障。以某型机载电子设备为例给出实例分析,验证了该算法隔离隐藏故障和冒充故障的有效性。