[發(fā)明專利]航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路多部件性能評(píng)估方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210818076.X
• 申請(qǐng)日: 2022-07-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115408924A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 付旭云;鐘詩(shī)勝;白爭(zhēng)鋒;蔣偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06N3/04;G06N3/08;G06F111/10
• 代理公司: 威海科星專利事務(wù)所 37202
• 代理人: 初姣姣

本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種能夠顯著提高航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能監(jiān)控效率和準(zhǔn)確率的航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路多部件性能評(píng)估方法，將各氣路部件性能衰退量視為隱變量，首先以經(jīng)預(yù)處理和標(biāo)準(zhǔn)化處理后的氣路參數(shù)偏差值與該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)氣路參數(shù)偏差值基準(zhǔn)間的差值作為模型輸入；接著借助由1DCNN和MLP構(gòu)建的非線性編碼器，解耦隱藏在氣路參數(shù)偏差值中的各氣路部件性能衰退量；然后利用基于指印圖提取當(dāng)初氣路部件單位性能衰退對(duì)氣路參數(shù)偏差值的影響量作為權(quán)重構(gòu)建線性解碼器，借助該線性解碼器重構(gòu)輸入；再以輸入輸出間差異最小化為目標(biāo)，訓(xùn)練該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以獲得最優(yōu)解碼器參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種能夠顯著提高航空渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能監(jiān)控效率和準(zhǔn)確率的航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路多部件性能評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

國(guó)內(nèi)科研人員將航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路各部件視為一協(xié)同工作的整體，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合大量運(yùn)行監(jiān)控參數(shù)從機(jī)理知識(shí)分析與數(shù)據(jù)信息挖掘兩個(gè)方面提出了大量發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件性能評(píng)估的方法，但這些方法在實(shí)際運(yùn)用中存在著發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)不可、性能監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)難以獲取，無(wú)統(tǒng)一性能評(píng)估基準(zhǔn)導(dǎo)致同一型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)氣路性能評(píng)估結(jié)果不具對(duì)比參考意義等問(wèn)題，故難以進(jìn)行研究成果落地，解決民航發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件性能評(píng)估難題和對(duì)實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)維管理提供指導(dǎo)性的意見(jiàn)。

以CFM56-5B2/3型航空發(fā)動(dòng)機(jī)為例，其采用模塊化設(shè)計(jì)，包含3個(gè)主單元體以及6個(gè)主要?dú)饴凡考l(fā)動(dòng)機(jī)具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要?dú)饴凡考拿Q如表1所示，為典型的雙轉(zhuǎn)子渦扇航空發(fā)動(dòng)機(jī)。該型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力裝置主要依賴空氣系統(tǒng)提供推力，空氣系統(tǒng)主要包括一級(jí)氣路(內(nèi)涵道)與二級(jí)氣路(外涵道)。一級(jí)氣路(內(nèi)涵道)：空氣經(jīng)由1級(jí)風(fēng)扇， 5級(jí)低壓壓氣機(jī)與9級(jí)高壓壓氣機(jī)增壓，送入燃燒室與航空燃油混合膨脹燃燒，高溫高壓燃?xì)鈬娚渫苿?dòng)1級(jí)高壓渦輪帶動(dòng)高壓壓氣機(jī)持續(xù)做工，燃?xì)饨?jīng)由高壓渦輪后排入4級(jí)低壓渦輪帶動(dòng)低壓壓氣機(jī)與風(fēng)扇做工，最后將尾氣排出；二級(jí)氣路(外涵道)：空氣經(jīng)由風(fēng)扇推動(dòng)后與一級(jí)氣路尾氣混合共同排氣，該級(jí)氣路提供了發(fā)動(dòng)機(jī)所需80％的推力。其余附件系統(tǒng)包括：燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)和附件齒輪箱系統(tǒng)。在運(yùn)維管理方面，該型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)主要采用視情維修措施，比如壽命件到壽或健康監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)警等。

基于指印圖的屬性與功能在發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件性能評(píng)估過(guò)程中是重要理論依據(jù)和診斷工具。例如：HPT葉片與機(jī)匣摩擦，導(dǎo)致葉尖間隙增加，進(jìn)而導(dǎo)致HPT工作效率下降，最后反映在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度偏差值ΔEGT異常增加。由于指印圖可以用來(lái)解釋不同氣路部件工作效率衰退或故障下發(fā)動(dòng)機(jī)氣路參數(shù)偏差值的小偏差量，因此，可將指印圖作為機(jī)理知識(shí)用來(lái)評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件的老化或損壞。

若將氣路部件的工作效率下降視為氣路部件的性能衰退，則根據(jù)指印圖所示，CFM56-5B2/3型航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生不同故障或性能衰退的癥候在氣路參數(shù)偏差值上的表現(xiàn)形式不同。在進(jìn)行氣路單部件性能評(píng)估時(shí)，通常只需要依據(jù)待評(píng)估時(shí)刻氣路參數(shù)偏差值D_i與某一基準(zhǔn)氣路參數(shù)偏差D^b之間的差值ΔD與指印圖上所示各氣路部件單位工作效率下降對(duì)氣路參數(shù)偏差值影響量w之間的線性關(guān)系，如式(1)就可判斷發(fā)動(dòng)機(jī)待評(píng)估氣路部件的性能衰退量。

式中——i時(shí)刻未修正的原始?xì)饴穮?shù)偏差值；

x_ij——i時(shí)刻VSV、VBV的單位開(kāi)合角度或單位引氣泄露量；

w_j——指印圖中x_j對(duì)氣路參數(shù)偏差值造成的偏移量。

當(dāng)R＝1時(shí)代表待評(píng)估氣路部件性能衰退引起的氣路參數(shù)偏差值偏移量與理論單位性能衰退所導(dǎo)致的氣路參數(shù)偏差值偏移量一致，即該氣路部件性能衰退了1％；當(dāng)R∈(0,1)或 R＞1時(shí)，分別代表實(shí)際性能衰退比理論單位性能衰退輕或嚴(yán)重。

表1 CFM56-5B2/3型航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路部件