[發明專利]航空發動機啟動系統故障診斷方法及故障模擬系統

在審

• 申請號: 201510423175.8
• 申請日: 2015-07-17
• 公開（公告）號: CN105021403A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發明（設計）人: 王健;張桂剛;葉墅鋒;呂騭
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00
• 代理公司: 北京博維知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11486
• 代理人: 方振昌

技術領域

本發明屬于航空發動機預測與健康管理領域，特別涉及一種航空發動機啟動系統故障診斷方法及故障模擬系統。

背景技術

經過數年的發展，人們在航空航天領域方面已經取得了巨大的成就，極大地促進了相關的學科新理論和新技術的產生、發展與應用。然而在今天即使科學技術高度發達，航空航天領域的重特大事故仍不斷出現。近年來，國內外由于航空發動機輔助動力裝置故障而造成的飛機事故屢見不鮮。

在航空發動機運行的過程中，其發動機啟動過程是一個非常重要的工作階段，是發動機能夠順利正常工作的前提。航空發動機是十分復雜的一個動力系統，其系統內部由多個輔助裝置和氣路單元體有機組合，比如起動機、渦輪等等。起動機作為航空發動機啟動系統的核心部分，對其進行狀態監測可以及時發現故障，保障飛機能夠正常飛行。

深入開展航空發動機起動過程建模及起動性能研究是極具現實意義和應用價值的工作。我們需要建立一種實用的發動機故障診斷及測試方法和故障模擬系統，提高發動機運行的可靠性，確保飛行的安全性，減小發動機的維修周期，簡化維護步驟，并可降低維修成本，減少備件，還能為實現維修策略從經驗型的定期維修向更科學的視情維修提供重要的基礎。

發明內容

本發明的目的在于提供一種航空發動機啟動系統故障診斷方法及故障模擬系統，該方法及系統通過性能和功能參數對發動機進行狀態測試，有效地對發動機的故障進行查找和定位，從而提高航空發動機可靠性和壽命，降低發動機使用成本。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案為：一種航空發動機啟動系統故障診斷方法，包括如下步驟：

步驟S10，建立航空發動機啟動系統的數學模型，并進行模擬仿真；

步驟S20，在所述數學模型中輸入故障參數，并進行故障模擬仿真，得出狀態變化數據；

步驟S30，采用時域分析法對所述狀態變化數據提取特征值，采用主成分分析法對狀態變化數據降低維度，進而得到訓練數據和測試數據；

步驟S40，所述測試數據作為BP神經網絡的輸入值，得到測試數據的輸出值，將所述測試數據輸出值的矩陣中各行元素與訓練數據構造的BP神經網絡的輸出值的矩陣中各行元素進行比較，計算出各行元素的最大誤差值及平均誤差值；

所述最大誤差值和平均誤差值均在設定誤差范圍內，則診斷結果正常；

最大誤差值或平均誤差值超出設定范圍，則診斷結果為異常。

優選地，所述步驟S10按照如下步驟進行：

步驟S101：建立所述航空發動機啟動系統的數學模型；

步驟S102：使用SIMULINK建模工具對所述數學模型進行仿真，計算出航空發動機在穩態的高壓轉子轉速、低壓轉子轉速、尾氣溫度參數。

優選地，所述步驟S20包括，對所述數學模型中輸入故障參數，并進行仿真，得出在故障狀態下高壓轉子轉速、低壓轉子轉速、尾氣溫度的變化參數。

優選地，所述設置的故障參數包括：改變起動機、渦輪扭矩、油氣比的參數，使航空發動機啟動過程出現起動機帶轉困難、點火失敗、起動超溫故障。

優選地，所述步驟S30包括：采用時域分析法對所述狀態變化數據提取特征值，所述特征值包括均方根值、脈沖指標、峰值指標、峭度指標、波形指標及裕度指標。

一種航空發動機啟動系統故障模擬系統，包括：

仿真模塊，用于對航空發動機啟動系統建立數學模型，在所述數學模型中輸入故障參數，并進行故障模擬仿真，得出狀態變化數據；

故障分析模塊，對故障模擬仿真的狀態變化數據進行分析，得到訓練數據和測試數據；

數據處理模塊，用于對采集到的訓練數據和測試數據進行預處理，生成提供構造BP神經網絡所使用的訓練數據和測試結果準確性的測試數據；

故障診斷模塊，提取測試數據作為BP神經網絡的輸入值，將得到的輸出值與所述訓練數據構造的BP神經網絡的輸出值進行比較，通過對比評價，進行故障診斷。

優選地，還包括：

用戶認證模塊；其為該平臺的登錄終端，用戶在認證模塊中輸入認證信息，才允許登錄到該平臺。

優選地，還包括：

信息顯示模塊；用于顯示航空發動機啟動過程的功率變化和轉矩變化，以及在啟動過程的不同階段中，每個階段中關鍵參數的不同變化。

采用上述技術方案，本發明產生的技術效果有：