民用渦扇發(fā)動機在線健康診斷關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、發(fā)動機健康管理是實現(xiàn)航空發(fā)動機視情維修的前提，可以有效解決發(fā)動機安全性與經(jīng)濟可承受性之間的矛盾。隨著機載電子設(shè)備的不斷發(fā)展，發(fā)動機健康管理研究熱點逐漸從地面發(fā)展至在線部分，在線健康診斷作為在線健康管理的關(guān)鍵技術(shù)，得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究。本文結(jié)合國產(chǎn)民用渦扇發(fā)動機健康管理系統(tǒng)的研制需求和國防某計劃“民用渦扇發(fā)動機在線健康診斷技術(shù)研究”課題研究需要，開展民用渦扇發(fā)動機在線健康診斷關(guān)鍵技術(shù)研究，具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。
　　首

2、先，針對民用渦扇發(fā)動機健康管理研究缺少模型的問題，提出一種基于GasTurb/MATLAB的部件級模型建立方法，在MATLAB/Simulink下開發(fā)了滿足總體性能需求的民用渦扇發(fā)動機部件級非線性模型及相關(guān)的線性建模工具。在相同的輸入條件下，分別對原程序和自行開發(fā)程序進行仿真，對比結(jié)果驗證了模型的正確性。
　　其次，指出隨著機載電子設(shè)備的不斷發(fā)展，使得傳統(tǒng)地面系統(tǒng)承擔(dān)的發(fā)動機診斷任務(wù)可以在線實現(xiàn)。采用一種在線綜合診斷結(jié)構(gòu)，將已有的

3、機載自適應(yīng)模型和在線故障診斷理論研究成果綜合應(yīng)用在民用渦扇發(fā)動機在線診斷中。通過仿真表明，采用實時的在線數(shù)據(jù)，機載自適應(yīng)模型可以實時連續(xù)地監(jiān)測發(fā)動機健康退化，并且在線估計發(fā)動機各種參數(shù)為在線控制和健康管理所用；在線故障診斷系統(tǒng)可以及時地檢測和定位發(fā)生的故障，提高對間歇性故障的檢測率。
　　接下來，在混合卡爾曼濾波器（HKF）基礎(chǔ)上，分別提出了混合卡爾曼濾波器組故障診斷算法（BHKF）和混合卡爾曼濾波器與 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)融合故障診斷算

4、法（HKF-BPNN）。兩種故障診斷算法均繼承了混合卡爾曼濾波器可以在線更新健康參數(shù)來適應(yīng)發(fā)動機健康退化的特性，又拓展了混合卡爾曼濾波器的應(yīng)用范圍，使其不僅能檢測而且能定位故障。將兩種算法應(yīng)用于民用渦扇發(fā)動機四種常見故障診斷并進行仿真驗證，結(jié)果表明兩種算法均可以正確檢測并定位四種故障，在發(fā)動機健康退化后，通過更新機載模型健康參數(shù)仍可以保持診斷有效性。
　　隨后，針對民用渦扇發(fā)動機缺乏統(tǒng)一的測試平臺對不同故障診斷算法進行定量評價和比

5、較的問題，提出一種基于蒙特卡羅仿真的故障診斷算法驗證方法，經(jīng)統(tǒng)計可以得出算法的故障檢測率、定位率、虛警率等性能評價指標(biāo)。將該驗證方法應(yīng)用于 BHKF和HKF-BPNN兩種故障算法進行仿真驗證，得出各自的性能評價指標(biāo)并進行比較，結(jié)果表明HKF-BPNN算法優(yōu)于BHKF算法。
　　最后，基于快速原型方法并結(jié)合現(xiàn)有軟硬件資源，建立了民用渦扇發(fā)動機在線診斷系統(tǒng)硬件實時仿真平臺，給出了仿真平臺的總體結(jié)構(gòu)及各部分的功能與交互關(guān)系，闡述了軟硬件