人工神经网络技术在民用涡扇发动机故障诊断中的应用

讨论了神经网络技术在航空发动机状态监视和故障诊断领域的应用．介绍了涡扇发动机的气路故障诊断原理,以及人工神经网络故障诊断方法,并介绍了ＢＰ网络对ＰＷ４０００发动机的常见故障进行诊断的实例。     

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。     

涡扇发动机熄火故障在线检测方法

采用机载可测量的高压转子物理转速、低压转子物理转速和发动机进口总压等参数,建立了基于换算加速率的熄火故障在线检测方法.经全包线发动机工况计算仿真和试验验证,熄火过程的高低压转速加速率幅值为减速和喘振过程的1.5～5.0倍,高压轴断裂过程的高压转子加速率幅值是熄火过程的6.0～10.0倍,低压轴断裂过程的低压转速加速率幅...     

涡扇发动机消喘系统设计与试验研究

在某型涡扇发动机气动失稳特征的基础上,建立了航空发动机失速/喘振特征工程数学模型,研制出发动机消喘系统数字仿真平台,完成了消喘系统的方案优化设计,并在地面台架和飞行台试验中得到了验证。其气动失稳工程数学模型、数字仿真优化设计技术和试验验证方法可广泛应用于航空发动机、地面和舰船燃气轮机、以及其它民用叶轮机械气动失稳测控设计领域,同时也为制定航空发动机消喘系统设计规范奠定了坚实的技术基础。     

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。     

基于故障检测的某涡扇发动机维修决策方法

为有效解决某涡扇发动机过度维修造成发动机性能衰减、维修周期长、维修成本高的难题,以某涡扇发动机大修手册和维修工艺为依据,研究了基于故障检测的发动机维修流程和修理模式,建立专家诊断系统和基于BP(back propagation)神经网络的故障诊断模型,并用数台涡扇发动机真实性能数据验证故障诊断模型的可靠性,其诊断准确率高达95%,综合两者的诊断信息,制定可靠的维修方案,优化维修流程,提出了一种基于故障检测的维修决策方法.通过某涡扇真实排气温度高发动机应用验证表明:所提出的维修决策方法,有效排除故障,提高发动机的修理质量,降低维修成本,具有良好的工程应用价值.      

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%。     

某型发动机台架试车喘振故障分析

针对某型涡扇发动机整机地面台架试车中遇到的喘振故障,从研究多级轴流式压气机在低转速下发生喘振的机理出发,查找发生喘振故障的根源。分析发动机试车中喘振前后所采集到的数据,确认高压压气机可调导向器叶片角度及转差不合适是导致喘振故障发生的主要原因。     

某型涡扇发动机分布式容错控制系统设计与试验验证

为了提高某型涡扇发动机控制系统的安全性和可靠性,提出1种分布式架构下的容错控制方案。基于模块级硬件冗余的思想,设计了包含7个智能节点的基于TTP/C(时间触发协议)总线的发动机分布式容错控制系统,可以实现核心控制节点的硬件备份。基于控制律重构的方法,采用模型参考变结构控制算法设计了容错控制器,可以根据系统故障情况将控制结构切换至无故障的控制回路中。搭建了涡扇发动机分布式容错控制系统硬件在环仿真试验环境,开展了容错控制系统的试验验证。结果表明:在核心控制节点故障时,容错控制系统可以在120 ms内快速启用热备份节点代替故障节点;在非核心控制节点故障时,容错控制系统可以在100 ms内完成控制回路的切换,并保证发动机各状态量不产生明显波动。     

某型涡扇发动机尾喷管流动特性研究

针对某型双涵道分开排气涡扇发动机尾喷管模型的流动特性进行了数值计算研究和试验验证。利用NASA典型尾喷管模型的推力系数对比研究结果验证了数值方法的可行性,采用验证后的数值方法获得了不同飞行条件下和发动机工作状态下某型发动机尾喷管模型内、外涵道的流量系数和推力系数数据及其变化规律,并将数值计算结果与该型发动机在相同工况下的地面台架试验数据进行对比。结果表明:在试验工况全范围内,发动机进口空气流量的计算值与试验值的最大偏差为1.8%,总推力的计算值与试验值的最大偏差不超过±0.5%。     

涡扇发动机试车台推力测量与校准技术概述

简单介绍了涡扇发动机试车台的类型与结构,重点阐述了台架推力测量与校准的方法,并对试车台推力测量系统的误差来源进行了初步分析。结合国内涡扇发动试车台校准现状,提出了开展试车台现场校准技术研究的重要意义。     

小流量涡轮风扇发动机高空模拟试验技术研究

介绍了FWSxx型发动机设计定型高空模拟试验中出现的问题和分析研究结果。针对出现的问题采用了多项试验技术措施和技术方法，有效地解决了试验中的技术难题；并根据涡轮风扇发动机高空模拟试验的特点，指出了SB101高空台对涡轮风扇发动机进行低空（≤2km）模拟中存在的问题，对存在的问题提出了技术改造方案。     

涡扇发动机装机状态自然低温试验

为完成涡扇发动机状态鉴定,在北方场站开展了发动机装机状态下的自然环境低温试验。通过地面试验完成了自然低温试验环境的量化分析,研究了不同气源起动模式、不同使用方法对装机状态自然低温条件下发动机起动性能的影响,分析了发动机样本量对试验鉴定结果的影响。结果表明：APU供气是低温冷浸透起动的首选起动方式;冷运转可以有效改善发动机低温起动性能,使相对起动时间缩短0.125～0.250;增加发动机样本量可以获得更加科学的鉴定结果,在低温起动过程中,发动机可能出现失速等不稳定现象,甚至造成起动失败。开展了飞行试验,研究了空中低温环境对发动机工作参数及加减速特性的影响。结果表明：在相同高度和速度下发动机加速时间随进气温度的降低而延长,当空中进气温度相差约30 ℃时,加速时间延长最多约为18%;减速时间随进气温度的变化不大。     

涡扇发动机闭环控制系统设计仿真平台

航空发动机闭环控制系统的设计过程复杂且环节繁多,如果通过某平台综合多个设计过程,必然可以简化流程,提高效率.在总结国内外相关文献的基础上,针对民用涡扇发动机,在Matlab/Simulink下,利用模块化方法构建包含稳态控制器、过渡态控制器以及极限保护器的涡扇发动机闭环控制系统仿真平台,并对其进行仿真测试和硬件在回路实验.结果表明,所构建的仿真平台满足控制系统的性能和实时性要求,具有良好的工程适用性.     

涡扇发动机故障诊断中粒子滤波改进方法

针对标准粒子滤波算法诊断步数多且诊断结果噪声水平高的问题,提出伪协方差和自适应似然分布结合的改进粒子滤波算法。该算法通过使用伪协方差代替了粒子集协方差,保证采样得到的粒子能够更真实地反映突变情况,减少诊断步数;通过对似然分布自适应调整,增加其与先验分布的重叠区域,提高抽样率,增加有效粒子数,降低诊断结果噪声水平。发动机健康参数估计仿真结果表明:与标准粒子滤波算法相比,改进的粒子滤波算法能使诊断速度提高约27%,诊断精度提高约38%,有效地减少了突变故障的诊断步数,并显著降低了诊断结果的噪声水平。