航空發(fā)動機氣路部件退化仿真及健康評估.pdf

1、航空發(fā)動機是飛機的核心部件，為保證航空發(fā)動機安全可靠運行，降低維修保障費用，以美國為首的西方國家提出了發(fā)動機的故障預(yù)測與健康管理（PHM）方法，其中健康狀態(tài)評估是其中的一項關(guān)鍵技術(shù)。航空發(fā)動機作為一種高可靠性的復(fù)雜設(shè)備，其歷史退化數(shù)據(jù)不足，退化實驗投入資金巨大成為發(fā)動機健康管理的一大難點，因此，如何有效降低調(diào)研費用和周期成為一個重要問題。計算機仿真在此方面具有巨大優(yōu)勢：不僅可以大大減少實驗工作量和實驗費用，從而降低研發(fā)費用和縮短研發(fā)周期

2、，并且通過計算機仿真還可以進行可行性研究和優(yōu)化，減少了試驗風(fēng)險，從而大大降低成本。因此，建立一個具有擴展性能的航空發(fā)動機仿真平臺具有重要意義。本文對航空發(fā)動機氣路部件退化規(guī)律進行研究并建立了仿真模型，在此基礎(chǔ)上，對氣路部件的健康狀態(tài)進行了評估，為發(fā)動機群的維修決策提供了依據(jù)。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）研究發(fā)動機氣路部件的穩(wěn)態(tài)性能仿真方法，選擇以氣路部件特性曲線擬合為基礎(chǔ)的部件法。在實驗數(shù)據(jù)缺乏的情況下，選擇用耦合系數(shù)法根據(jù)已有

3、的發(fā)動機通用特性曲線對發(fā)動機氣路部件特性曲線進行擬合。確定在發(fā)動機整體仿真模型中需要的過程參數(shù)，對發(fā)動機各部件工作原理和數(shù)學(xué)模型進行研究。在Simulink環(huán)境下對渦輪風(fēng)扇發(fā)動機進行基于部件法的建模仿真。完成各部件的仿真模塊后，建立匹配驗證方程，最終建立渦輪風(fēng)扇發(fā)動機的穩(wěn)態(tài)仿真計算模型，為發(fā)動機退化仿真提供了建?；A(chǔ)。
　　（2）建立了發(fā)動機氣路部件性能退化仿真模型。研究了發(fā)動機氣路部件性能退化仿真方法并利用基于發(fā)動機氣路部件特性

4、曲線退化的方法對壓氣機性能退化過程進行了仿真。利用平移耦合系數(shù)的方法實現(xiàn)部件特性曲線退化過程的仿真，分析了壓氣機氣路部件退化對發(fā)動機各截面參數(shù)的影響。
　　（3）基于隱馬爾科夫模型，對航空發(fā)動機氣路部件的健康狀態(tài)進行了評估，并基于實際數(shù)據(jù)對航空發(fā)動機進行了剩余壽命預(yù)測。分析發(fā)動機氣路部件退化過程的特征，選擇利用左右型多參數(shù)隱馬爾科夫模型對發(fā)動機退化過程的健康狀態(tài)進行健康評估。由于真實發(fā)動機缺乏充足的歷史退化數(shù)據(jù)，利用仿真數(shù)據(jù)對訓(xùn)練