[發明專利]一種用于航空發動機健康管理系統的半物理仿真系統

在審

• 申請號: 202110886934.X
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113625596A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 劉淵;王錦濤;張鑫;張書剛;蔡丹;王旗林;宋房全
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 湖南正則奇美專利代理事務所(普通合伙) 43105
• 代理人: 肖琦

本發明公開了一種用于航空發動機健康管理系統的半物理仿真系統，涉及半物理仿真系統技術領域，包括健康管理專用信號及故障模擬系統，用于健康管理專用傳感器信號計算及故障模式邏輯模擬，振動模擬器來模擬發動機真實振動，生成與真機環境相似的振動信號，接口模擬器來模擬健康管理系統傳感器非FADEC系統的傳感器信號，潤滑油系統模擬器來模擬發動機潤滑油路流動及磨粒故障情況，航電模擬器來模擬飛機航電系統。本發明具備真實的振動、潤滑油模擬系統，能引入真實信號噪聲，模擬更多發動機本體相關故障，為故障診斷算法優化與驗證提供接近實際運行環境的試驗系統；可在現有FADEC系統半物理仿真器上進行擴展或剪裁，成本低，靈活性高。

技術領域

本發明屬于半物理仿真系統技術領域，具體是一種用于航空發動機健 康管理系統的半物理仿真系統。

背景技術

航空發動機健康管理(EHM)是指最大限度地利用發動機不同的數 據資源(傳感器、維護記錄、模型)，通過機載和地面健康管理算法相結 合的方式，實現發動機狀態監視、故障診斷及預測、趨勢分析、壽命管理 功能，機載系統為飛行員提供告警信息，地面系統為地面維護人員提供維 修建議，為維護保障提供規劃。

目前，國內發動機健康管理系統(尤其指機載系統)在研發階段大都 采用了純數字仿真-硬件在環仿真(HIL)-臺架試驗-試飛驗證的設計驗證 途徑。但是，部分發動機本體故障或健康管理系統自身故障在上述環節中 難以可控出現：純數字仿真僅僅完成故障診斷、性能預測等算法的初步測 試，其仿真結果置信度有限，且無法驗證機載系統的各硬件接口的有效性， 以及存在與專用傳感器等的匹配性等問題，不能夠作為最終的參考依據；現有的HIL仿真缺少對振動、潤滑油等健康管理系統專用傳感器的信號 模擬或者采用純電信號模擬，沒有引入真實的信號噪聲，且HIL仿真的 故障模擬功能基本局限在發動機健康管理機載監視單元系統本身的接口 故障注入，缺乏發動機本體故障(如壓氣機葉片斷裂、渦輪葉片燒蝕、性 能衰退等)的高精度模擬；臺架試驗及試飛驗證的實施難度大、風險高且成本高昂，部分故障基本不可能在臺架或試飛驗證過程中模擬，故障注入 無法實現可控。

因此，本發明提供了一種用于航空發動機健康管理系統的半物理仿真 系統，以解決上述背景技術中提出的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于航空發動機健康管理系統的半物理 仿真系統，以解決如下問題：

補全發動機健康管理系統研制階段中必不可少的仿真驗證環節，解決 部分發動機本體故障及健康管理系統自身故障高精度模擬問題，從而全面 驗證健康管理系統的功能及性能指標。

根據本發明的一個方面，提供一種用于航空發動機健康管理系統的半 物理仿真系統，所述航空發動機健康管理系統包括發動機健康管理機載監 視單元、發動機健康管理地面子系統以及若干傳感器，所述半物理仿真系 統在現有FADEC系統半物理仿真器的基礎上進行擴展，包括健康管理專 用信號及故障模擬系統，用于健康管理專用傳感器信號計算及故障模式邏 輯模擬；振動模擬器，用于模擬發動機真實振動，從而使振動傳感器采集 與真機環境相似的振動信號；接口模擬器，用于模擬非FADEC系統的健 康管理系統傳感器信號；潤滑油系統模擬器，用于模擬發動機潤滑油路流 動及磨粒故障情況；航電模擬器，用于模擬飛機航電系統。

根據本發明的一個實例性的實施例，所述健康管理專用信號及故障模 擬系統與發動機數字模型之間通過數字通信實現雙向信息傳輸，所述健康 管理專用信號及故障模擬系統分別向振動模擬器、接口模擬器和傳動電機 單向傳輸信息，振動模擬器、接口模擬器、潤滑油系統模擬器與航空發動 機全權限數字電子控制器向發動機健康管理機載監視單元單向傳輸信息， 發動機健康管理機載監視單元與發動機健康管理地面子系統以及航電模 擬器之間雙向信息傳輸。