[發(fā)明專利]面向渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字孿生物理層的構(gòu)建方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110607847.6
• 申請(qǐng)日: 2021-06-01
• 公開（公告）號(hào): CN113326668A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任彬;汪小雨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F30/17;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種面向渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字孿生物理層的構(gòu)建方法，其特征在于，其操作步驟如下：

步驟一，確認(rèn)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)：

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)是一系列零件裝配形成的復(fù)雜裝配體，其中，不同零件之間組成不同的部件，用于在渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)整體中實(shí)現(xiàn)不同的功能，依據(jù)這些功能將部件分離；

步驟二，構(gòu)建渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)部件級(jí)模型：

將分離出來(lái)的部件分別組成對(duì)應(yīng)的模型，依據(jù)部件功能不同，不同的部件擁有不同的參數(shù)輸入與輸出，依據(jù)部件內(nèi)部的氣、動(dòng)、熱力學(xué)傳遞方式，明確每個(gè)部件的輸入量與輸出量；

步驟三，構(gòu)建渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字映射模型：

依據(jù)部件的功能與部件之間的氣、動(dòng)、熱力學(xué)傳遞方式，將部件級(jí)模型串聯(lián)或者并聯(lián)起來(lái)，組成整個(gè)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字映射模型，用于反映渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)整體的參數(shù)傳遞；

步驟四，對(duì)參數(shù)進(jìn)行再次分類：

明確分類依據(jù)，按照依據(jù)將參數(shù)分類；

步驟五，確定傳感器采集方案：

依據(jù)分類后的參數(shù)類型，考慮實(shí)際采集環(huán)境，確定所需傳感器種類，布置傳感器分布方法；

步驟六，將參數(shù)傳遞至數(shù)字孿生服務(wù)器得到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集：

通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)方式，將采集得到的數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器，得到渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集；

步驟七，參數(shù)融合：

依據(jù)采集到的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)，通過(guò)參數(shù)融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)于渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的判斷，完成面向渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字孿生物理層的構(gòu)建。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述面向渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字孿生物理層的構(gòu)建方法，其特征在于：在所述步驟七中，進(jìn)行參數(shù)融合時(shí)，包括如下步驟：

7-1.使用z-score法標(biāo)準(zhǔn)化渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)；

7-2.按照相關(guān)度篩選數(shù)據(jù)，篩選達(dá)到要求的相關(guān)度大的數(shù)據(jù)，篩選后的數(shù)據(jù)包含s維渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)；

7-3.數(shù)據(jù)融合；將標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)記為：代表渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)i時(shí)刻第k維數(shù)據(jù)；

7-4.使用Kalman濾波平滑HI隨時(shí)間變化曲線，用于預(yù)測(cè)渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)變化，依據(jù)曲線趨勢(shì)，分析渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述面向渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字孿生物理層的構(gòu)建方法，其特征在于：在所述步驟7-2中，篩選后的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)如下：

低壓壓氣機(jī)出口總溫度T₂₄、高壓壓氣機(jī)出口總溫度T₃₀、低壓渦輪出口總溫度T₅₀、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速n_f、高壓壓氣機(jī)出口靜壓Ps₃₀、涵道比BPR、高壓渦輪轉(zhuǎn)速n_H；高壓壓氣機(jī)出口總壓P₃₀、燃油流量W_f、高壓渦輪引氣流量W₃₁、低壓渦輪引氣流量W₃₂；

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)工況突變最直接的體現(xiàn)就是其傳感器采集數(shù)據(jù)的改變，依據(jù)數(shù)據(jù)趨勢(shì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)降維，撇除隨時(shí)序變化極小的無(wú)效數(shù)據(jù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述面向渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)字孿生物理層的構(gòu)建方法，其特征在于：在所述步驟一中，依據(jù)大涵道比渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)物理實(shí)體，構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型；

渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)為分開排氣式渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)，主要結(jié)構(gòu)包括進(jìn)氣道、低壓轉(zhuǎn)子形式的風(fēng)扇、外涵道噴管、低壓壓氣機(jī)LPC(Low-Pressure Compressor)、高壓壓氣機(jī)HPC(High-Pressure Compressor)、燃燒室、高壓渦輪HPT(High-Pressure Turbine)、低壓渦輪LPT(Low-Pressure Turbine)與尾噴管；其中低壓壓氣機(jī)、風(fēng)扇與低壓渦輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，高壓壓氣機(jī)與高壓渦輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)；發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)氣流入口：進(jìn)氣道；發(fā)動(dòng)機(jī)有兩個(gè)氣流出口：分別是內(nèi)涵道與外涵道；

氣流從進(jìn)氣道進(jìn)入，然后經(jīng)過(guò)風(fēng)扇之后，分為兩股氣流，分別進(jìn)入內(nèi)、外涵道：

1-1.外涵道氣流直接從外涵道噴管噴出；

1-2.內(nèi)涵道氣流依次進(jìn)入低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪、低壓渦輪，最后從尾噴管噴出。