[發明專利]面向渦扇發動機的數字孿生物理層的構建方法

在審

• 申請號: 202110607847.6
• 申請日: 2021-06-01
• 公開（公告）號: CN113326668A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 任彬;汪小雨
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F30/17;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發明公開了一種面向渦扇發動機的數字孿生物理層的構建方法，應用于渦扇發動機數字孿生領域。本方法的操作步驟為：確認渦扇發動機結構；構建渦扇發動機部件級模型；構建渦扇發動機數字映射模型；對參數進行分類；確定傳感器采集方案；將參數數據傳遞至數字孿生服務器；對數據實現參數融合，反映渦扇發動機工作狀態。本發明方法具有一定的創新性和可行性，對于航空發動機數字孿生構建具有一定的借鑒意義。

技術領域

本發明用于渦扇發動機數字孿生領域，應用于渦扇發動機的數字孿生物理層構建。

背景技術

數字孿生是對物理世界的多尺度、多學科、多物理量的概率表示。其旨在通過特定傳感單元獲取多維度、寬領域的高精確性數據，使用不同的專業知識和數據處理工具對數據進行計算處理，最終對關鍵輸入輸出實現特征化建模，完成對真實工況的模擬。數字孿生因其繼承性、交互性、實時性等特征廣泛應用于飛行器與航空發動機。分開排氣式渦輪風扇發動機或稱為渦扇發動機是一種常見的航空發動機。通過構建渦扇發動機數字孿生體系，能更好地模擬渦扇發動機的工作狀態，了解內部系統的運行情況，最終做出更優的決策。物理層是渦扇發動機的數字孿生體系的基礎，是發動機與其數字孿生體的映射過程。物理層是將物理實體和真實環境中的所有信息通過傳感器等設備使用測量等手段轉換成上位機可識別的信息，并在上位機中進行數據分類、分析與存儲等操作，最終實現數據融合與模型融合的過程。整個物理層流程的精確性、完整性與實時性決定了數字孿生系統是否能夠正常運轉。但是，由于渦扇發動監測數據難以采集，以及對于數據利用與反饋不夠充分，所以對于渦扇發動機數字孿生物理層構建的相關技術研究較少。因此，如何有效地構建渦扇發動機數字孿生物理層，是研究構建其數字孿生的關鍵。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種面向渦扇發動機的數字孿生物理層的構建方法，解決了渦扇發動機物理模型與虛擬模型的映射困難。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種面向渦扇發動機的數字孿生物理層的構建方法，其操作步驟如下：

步驟一，確認渦扇發動機結構：

渦扇發動機是一系列零件裝配形成的復雜裝配體，其中，不同零件之間組成不同的部件，用于在渦扇發動機整體中實現不同的功能，依據這些功能將部件分離；

步驟二，構建渦扇發動機部件級模型：

將分離出來的部件分別組成對應的模型，依據部件功能不同，不同的部件擁有不同的參數輸入與輸出，依據部件內部的氣、動、熱力學傳遞方式，明確每個部件的輸入量與輸出量；

步驟三，構建渦扇發動機數字映射模型：

依據部件的功能與部件之間的氣、動、熱力學傳遞方式，將部件級模型串聯或者并聯起來，組成整個渦扇發動機的數字映射模型，用于反映渦扇發動機整體的參數傳遞；

步驟四，對參數進行再次分類：

明確分類依據，按照依據將參數分類；

步驟五，確定傳感器采集方案：

依據分類后的參數類型，考慮實際采集環境，確定所需傳感器種類，布置傳感器分布方法；

步驟六，將參數傳遞至數字孿生服務器得到監測數據集：

通過無線傳感器網絡方式，將采集得到的數據傳輸至服務器，得到渦扇發動機實時監測數據集；

步驟七，參數融合：

依據采集到的渦扇發動機實時監測數據集的數據，通過參數融合，實現對于渦扇發動機運行狀態的判斷，完成面向渦扇發動機的數字孿生物理層的構建。

優選地，在所述步驟七中，進行參數融合時，包括如下步驟：