[發(fā)明專利]基于多分支特征融合網(wǎng)絡(luò)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)喘振預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110040087.5
• 申請(qǐng)日: 2021-01-13
• 公開（公告）號(hào): CN112580267A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張興龍;張巖;張?zhí)旌?/a>
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;F02C9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提出一種基于多分支特征融合網(wǎng)絡(luò)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)喘振預(yù)測(cè)方法，屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性主動(dòng)控制領(lǐng)域。其步驟為：(1)采集發(fā)動(dòng)機(jī)逼喘試驗(yàn)的運(yùn)行數(shù)據(jù)；(2)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并使用滑動(dòng)窗口進(jìn)行樣本劃分；(3)使用短時(shí)傅里葉變換監(jiān)控特定頻率信號(hào)分量的功率變化，確定樣本的喘振狀態(tài)并設(shè)置標(biāo)簽，制作數(shù)據(jù)集；(4)初步提取樣本的時(shí)域統(tǒng)計(jì)特征、時(shí)頻譜特征及整機(jī)參數(shù)變化特征；(5)構(gòu)建基于FC?VGG16?TCN的多分支特征融合網(wǎng)絡(luò)并訓(xùn)練；(6)將發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)輸入訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)，在線檢測(cè)失穩(wěn)先兆。本發(fā)明基于深度學(xué)習(xí)及特征融合算法，通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的深層特征提取與分類，準(zhǔn)確檢測(cè)失穩(wěn)先兆，提前做出喘振預(yù)警，為主動(dòng)控制提供充足的響應(yīng)時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于多分支特征融合網(wǎng)絡(luò)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)喘振預(yù)測(cè)方法，屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性主動(dòng)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

喘振作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的典型氣動(dòng)不穩(wěn)定流態(tài)，表現(xiàn)為通過系統(tǒng)的流量和壓氣機(jī)出口壓力等參數(shù)都隨著時(shí)間在發(fā)動(dòng)機(jī)軸向上作低頻脈動(dòng)。這種低頻脈動(dòng)使得發(fā)動(dòng)機(jī)的效率和性能大大降低，不穩(wěn)定氣流微團(tuán)的振動(dòng)給壓氣機(jī)葉片附加額外的振動(dòng)負(fù)荷，而氣動(dòng)失穩(wěn)導(dǎo)致的渦輪前溫度上升則給發(fā)動(dòng)機(jī)葉片附加了額外的熱負(fù)荷。振動(dòng)負(fù)荷與熱負(fù)荷大大加速了發(fā)動(dòng)機(jī)的老化，縮短發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命，增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)成本。在嚴(yán)重的情況下，還將引起發(fā)動(dòng)機(jī)故障，從而導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。

為了保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行安全，避免進(jìn)入喘振，航空發(fā)動(dòng)機(jī)主動(dòng)穩(wěn)定控制研究逐漸興起，其主要思想為通過檢測(cè)喘振與失速發(fā)生前的失穩(wěn)先兆，經(jīng)由反饋控制系統(tǒng)用放氣、改變靜葉角度、調(diào)整燃油流量和在靠近葉尖處噴射空氣等辦法，以避免喘振和失速的發(fā)生，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終在最佳的狀態(tài)下工作。因此失速及喘振的預(yù)測(cè)是發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定性主動(dòng)控制的必要前提。目前對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)喘振的預(yù)測(cè)主要基于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)喘振試驗(yàn)中壓氣機(jī)出口壓力信號(hào)的分析，利用時(shí)域、頻域、時(shí)頻等分析方法提取壓力信號(hào)的狀態(tài)特征以判定失穩(wěn)先兆的產(chǎn)生。

公開號(hào)為CN107165850A的專利公開了一種基于頻域駝峰識(shí)別的軸流壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn)失速預(yù)警方法，通過對(duì)壓氣機(jī)一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力做快速傅里葉變換提取特征駝峰判別因子，若其大于設(shè)定的檢測(cè)閾值則判定接近旋轉(zhuǎn)失速，發(fā)出預(yù)警；公開號(hào)為CN110610026A的專利公開了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)喘振先兆的在線識(shí)別方法，以壓比信號(hào)S變換后的9個(gè)監(jiān)控頻率峰值、節(jié)流閥開度和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速作為訓(xùn)練樣本的特征量，再將其代入構(gòu)建的深度網(wǎng)絡(luò)DNN模型進(jìn)行訓(xùn)練，最終實(shí)現(xiàn)壓氣機(jī)的喘振先兆識(shí)別；公開號(hào)為CN111737910A的專利公開了一種基于深度學(xué)習(xí)的軸流壓氣機(jī)失速喘振預(yù)測(cè)方法，通過對(duì)壓氣機(jī)測(cè)量點(diǎn)壓力數(shù)據(jù)的樣本切分以及時(shí)域統(tǒng)計(jì)特征提取構(gòu)建了訓(xùn)練集與測(cè)試集，隨后構(gòu)建了LR-WaveNet預(yù)測(cè)模型并進(jìn)行訓(xùn)練，利用該模型可進(jìn)行樣本喘振概率的預(yù)測(cè)。

以上方法均只局限于壓氣機(jī)本身的壓力信號(hào)，并未考慮嘗試從發(fā)動(dòng)機(jī)喘振發(fā)生過程中其他狀態(tài)參數(shù)提取失穩(wěn)先兆特征。此外，以上方法在初步人為特征設(shè)計(jì)上也只考慮了頻域或時(shí)域某一種方法，設(shè)計(jì)特征不夠全面，具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容

為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出的是一種基于多分支特征融合網(wǎng)絡(luò)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)喘振預(yù)測(cè)方法，不僅可以檢測(cè)到時(shí)域能夠直接觀測(cè)到的模態(tài)波型擾動(dòng)及突尖波型擾動(dòng)，還能夠?qū)﹄[藏在發(fā)動(dòng)機(jī)可測(cè)參數(shù)內(nèi)部的諸如統(tǒng)計(jì)特性異動(dòng)等其他失穩(wěn)先兆進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)一步提高對(duì)喘振的預(yù)測(cè)精度。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

基于多分支特征融合網(wǎng)絡(luò)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)喘振預(yù)測(cè)方法，具體步驟包括：

1)采集發(fā)動(dòng)機(jī)逼喘試驗(yàn)的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)；

2)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理并使用滑動(dòng)窗口進(jìn)行樣本劃分；

3)使用短時(shí)傅里葉變換監(jiān)控特定頻率信號(hào)分量的功率變化，確定樣本的喘振狀態(tài)并設(shè)置標(biāo)簽，制作數(shù)據(jù)集；

4)初步提取樣本的時(shí)域統(tǒng)計(jì)特征、時(shí)頻譜特征及整機(jī)參數(shù)變化特征；