[發(fā)明專利]大涵道比民航發(fā)動機性能診斷方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711365259.6
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN107977526B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設計）人: 鐘詩勝;林琳;付旭云;譚治學;張永健
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學（威海）
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京格允知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11609
• 代理人: 周嬌嬌;譚輝

本發(fā)明涉及一種大涵道比民航發(fā)動機性能診斷方法及系統(tǒng)，其中方法包括：采用非線性方法對發(fā)動機各個氣路單元體進行單獨建模并組建為發(fā)動機整機穩(wěn)態(tài)模型，并利用健康發(fā)動機的觀測數(shù)據(jù)對模型參數(shù)進行訓練；通過滑動窗口采樣方法獲得待診斷發(fā)動機的氣路參數(shù)的觀測值，基于所述發(fā)動機整機穩(wěn)態(tài)模型，利用改進的無跡卡爾曼濾波的觀測方程對待診斷發(fā)動機的氣路參數(shù)的觀測值進行濾波，得到用于評估單元體衰退程度的多個單元體衰退因子。本發(fā)明通過將發(fā)動機穩(wěn)態(tài)建模和無跡卡爾曼濾波相結(jié)合對單元體衰退趨勢進行跟蹤，在民航發(fā)動機飛行數(shù)據(jù)上的實驗顯示，該方法所獲得的性能診斷結(jié)果具有較高的準確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空發(fā)動機氣路參數(shù)預測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種大涵道比民航發(fā)動機性能診斷方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

作為一類高價值復雜裝備，航空發(fā)動機的性能與其運營成本和運行安全性息息相關(guān)。航發(fā)的性能診斷技術(shù)能夠根據(jù)觀測到的氣路參數(shù)對單元體的性能衰退程度進行實時評估，對發(fā)動機的能耗計算、可靠性評估和維修計劃制定具有重要意義。目前，國內(nèi)外的航發(fā)性能診斷研究多集中于性能建模和噪聲抑制兩大熱點，其中，性能建模方法可細分為線性模型、非線性模型和人工智能建模方法；而為了消除數(shù)據(jù)噪聲和粗大誤差，卡爾曼濾波、人工免疫理論和人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法的應用是被廣泛采用的手段。

目前，發(fā)動機性能診斷研究多基于數(shù)字仿真模型或臺架試驗，利用飛行數(shù)據(jù)進行實時診斷的研究案例極為有限。相對于地面試驗環(huán)境，真實飛行環(huán)境更為復雜，其測試完備性和數(shù)據(jù)采集質(zhì)量亦遠不如實驗室環(huán)境，對模型的降噪能力和魯棒性提出了更為嚴峻的考驗。因此，開發(fā)適用于低可觀測、強噪聲環(huán)境的發(fā)動機性能建模技術(shù)和單元體衰退評估技術(shù)，是航發(fā)性能診斷在實際應用推廣過程中所必須解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，提出了一種大涵道比民航發(fā)動機性能診斷方法及方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明第一方面，提供了一種大涵道比民航發(fā)動機性能診斷方法，包括以下步驟：

模型訓練步驟、采用非線性方法對發(fā)動機各個氣路單元體進行單獨建模并組建為發(fā)動機整機穩(wěn)態(tài)模型，并利用健康發(fā)動機的觀測數(shù)據(jù)對模型參數(shù)進行訓練；

性能診斷步驟、通過滑動窗口采樣方法獲得待診斷發(fā)動機的氣路參數(shù)的觀測值，基于所述發(fā)動機整機穩(wěn)態(tài)模型，利用改進的無跡卡爾曼濾波的觀測方程對待診斷發(fā)動機的氣路參數(shù)的觀測值進行濾波，得到用于評估單元體衰退程度的多個單元體衰退因子。

在根據(jù)本發(fā)明所述的大涵道比民航發(fā)動機性能診斷方法中，優(yōu)選地，所述模型訓練步驟包括以下步驟：

(1)通過以下非線性函數(shù)對發(fā)動機各個氣路單元體建立非線性函數(shù)仿真模型：

式中，f_η、f_w、f_π分別為多項式擬合函數(shù)，α_η、α_w、α_π分別為三個函數(shù)的多項式系數(shù)，η代表絕熱效率，w代表相似流量，π代表壓比，N_c代表相似轉(zhuǎn)速，P_in代表進口壓力，用以修正雷諾數(shù)效應的影響，γ為氣體絕熱系數(shù)，用于修正變比熱過程誤差，μ為單元體控制量；

(2)將發(fā)動機各個氣路單元體的非線性函數(shù)仿真模型組裝為發(fā)動機整機穩(wěn)態(tài)模型，并利用健康發(fā)動機的觀測數(shù)據(jù)對模型參數(shù)進行訓練，目標函數(shù)為：

s.t.E(U)＝0