航空发动机喘振故障监测方法和系统技术方案

技术编号:21884735 阅读:4 留言:0更新日期:2019-08-17 12:01
本发明专利技术的目的在于提供一种航空发动机喘振故障监测方法和系统,以提高喘振监测方法或系统的鲁棒性和监测精度,降低误诊率。其中的方法包括:获取可以用于表征喘振故障的机载监测信号;去除所述机载监测信号的直流分量,保留交流分量;计算时域内所述交流分量的均方根;将所述均方根与设定时域阈值进行比较,如果小于设定时域阈值,则判定没有喘振,若大于等于设定时域阈值,则计算所述交流分量在设定频带内的能量;将设定频带内的能量与设定频域阈值进行比较,若小于该设定频域阈值,则判断为其他故障,若大于等于该设定频域阈值,则判断发生喘振。

Surge fault monitoring method and system for Aeroengine

【技术实现步骤摘要】
航空发动机喘振故障监测方法和系统
本专利技术涉及航空发动机故障监测方法和系统。
技术介绍
航空发动机在运行过程中出现喘振如果不能及时监测并消除,则会导致发动机停车、部件损伤,严重时甚至造成发动机报废等后果。目前现有的喘振监测方法基本都是监测发动机喘振可能引起变化的参数,计算量化的指示,并和设定的阈值进行比较来判断是否发生喘振,比如在试车过程中监测压气机出口压力脉动信号。US6823254B2介绍涡轮机械的喘振监测方法,主要是监测压气机出口压力,计算压气机出口压力一阶导的方差,作为喘振的状态指示,并与阈值进行比较来判断是否发生喘振。该方法未考虑喘振的频率信息,在实际应用中,可能会存在其他故障使压气机出口压力信号的方差增大,比如燃烧振荡,导致误诊;而且该方法受信号本身干扰较大,存在较大的误差,算法的鲁棒性不好。US20010045088A1介绍燃气涡轮发动机喘振监测方法,主要监测压气机出口压力和涡轮进口温度,计算压气机出口压力与其变化率之间的比值和涡轮进口温度的变化率的乘积,作为喘振的状态指示,并与阈值的比较来判断是否发生喘振。该方法同样没有考虑喘振的频率信息,会增加误诊率。US7065973B2介绍了燃气涡轮发动机喘振监测的方法,主要监测风扇进气口压力和燃烧室压力,算法需要进行三次滤波和权重的计算来得到喘振的状态指示,并与阈值的比较来判断是否发生喘振。该方法也没考虑喘振的频率信息,且算法复杂,算法鲁棒性不好;以及在燃烧室增加压力测点,安装环境对传感器的性能要求较高,增加了成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种航空发动机喘振故障监测方法和系统,以提高喘振监测方法或系统的鲁棒性和监测精度,降低误诊率。根据本专利技术一方面的航空发动机喘振故障监测方法,包括:步骤一,获取可以用于表征喘振故障的机载监测信号;步骤二,去除所述机载监测信号的直流分量,保留交流分量;步骤三,计算时域内所述交流分量的均方根;步骤四,将所述均方根与设定时域阈值进行比较,如果小于设定时域阈值,则判定没有喘振,若大于等于设定时域阈值,则计算所述交流分量在设定频带内的能量;步骤五,将设定频带内的能量与设定频域阈值进行比较,若小于该设定频域阈值,则判断为其他故障,若大于等于该设定频域阈值,则判断发生喘振。所述方法的一个实施方式中,所述机载监测信号为高压转子转速信号、高压压气机出口压力信号、低压涡轮进口温度信号和与喘振故障相关的其他的传感器信号中的至少一个信号。所述方法的一个实施方式中,所述机载监测信号包括多个传感器信号,对各个传感器信号执行所述步骤一到步骤四,在步骤五中,将各个传感器信号对应的设定频带内的能量作为特征融合,以判断是否发生喘振。根据本专利技术另一方面的一种航空发动机喘振故障监测系统,其包括:机载传感器,用于获取发动机运行时表征喘振故障的机载监测信号;控制器,所述控制器包括存储器、处理器、以及存储于该存储器上并可在该处理器上运行的程序,所述处理器执行所述程序时执行以下步骤:去除所述机载监测信号的直流分量,保留交流分量;计算所述交流分量的均方根;将所述均方根与设定时域阈值进行比较,如果小于设定时域阈值,则判定没有喘振,若大于等于设定时域阈值,则计算所述交流分量在设定频带内的能量;将设定频带内的能量与设定频域阈值进行比较,若小于该设定频域阈值,则判断为其他故障,若大于等于该设定频域阈值,则判断发生喘振。在所述系统的一个实施方式中,所述机载监测信号为高压转子转速信号、高压压气机出口压力信号、低压涡轮进口温度信号和与喘振故障相关的其他的传感器信号中的至少一个信号。在所述系统的一个实施方式中,所述处理器执行所述程序时还执行以下步骤:所述机载监测信号包括多个传感器信号,对各个传感器信号分别计算交流分量的均方根,若大于等于设定时域阈值,则计算各个交流分量在设定频带内的能量,将各个传感器信号对应的设定频带内的能量作为特征融合,以判断是否发生喘振。本专利技术具有如下有益效果:(1)能根据航空发动机现有的测点,选择用于喘振监测的状态参数,可在不增加测点的情况下,利用现有机载测点实现喘振的监测;(2)考虑发动机喘振导致的频率信息,计算频段内的波动能量作为喘振的状态指示;(3)可利用多个状态参数进行信息融合;由于综合考虑了航空发动机喘振导致状态参数变化的时域和频域信息,并提出可多个状态参数进行信息方法,提高了算法的鲁棒性和监测精度,降低误诊率。附图说明本专利技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显,其中:图1是燃气涡轮发动机的示意图;图2是以高压压气机出口压力信号PS3为例,有关航空发动机喘振故障监测方法的实施方式的流程图;图3是以高压转子转速信号N2、高压压气机出口压力信号PS3、低压涡轮进口温度信号T495为例,有关航空发动机喘振故障监测方法的另一实施方式的流程图;图4是航空发动机喘振故障监测系统的程序模块示意图;图5是高压压气机出口压力信号PS3时域波形和交流分量的示意图;图6是高压压气机出口压力信号PS3交流分量时域均方根值的示意图;图7是高压压气机出口压力信号PS3交流分量的频带能量和喘振判断结果的示意图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明,在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本专利技术,但是本专利技术显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎,因此不应以此具体实施例的内容限制本专利技术的保护范围。典型的航空发动机,如图1所示,其按气流轴向流动方向a,依次具有低压级(风扇1和增压级2);高压压气机3,以压缩进入核心发动机的空气流;燃烧室4,燃油和压缩空气的混合物在该燃烧室中燃烧,以产生推进气流;高压涡轮5和低压涡轮6,它们由推进气流转动,分别通过高压轴8和低压轴9,驱动高压压气机和风扇增压级;尾喷管7,涡轮出口气流经尾喷管高速喷出。发动机进入失速喘振工况时,高压压气机出口处的高压气体有倒流回冲趋势,使增压比、空气流量突降,效率下降,发动机转子转速突降,排气温度突升等,这些征兆在对应的传感器监测信号中体现。因此可以选择高压转子转速信号N2、高压压气机出口压力信号PS3、低压涡轮进口温度信号T495或者与喘振相关其他的传感器信号作为喘振诊断的输入信号,这些都是航空发动机工作过程中需要监测的参数,即有相应的机载传感器。可以利用单个传感器信号PS3来判喘,因为对于喘振故障而言,PS3信号响应快且直观。也可以对几个传感器进行融合判喘,避免某个传感器故障引起的误诊或漏诊。利用高压压气机出口压力信号PS3进行判喘的流程如图2所示,其包括如下步骤:a)去除高压压气机出口压力信号PS3的直流分量,保留交流分量,即压力波动。可以通过滤波来去除直流分量,如巴特沃斯滤波;b)计算信号PS3交流分量在时域内的均方根值(RMS)。式中,N为数据点数,xi为PS3交流分量压力值;c)和设定均方根阈值Xo(设定时域阈值)进行比较。如果Xrms<Xo,则认为发动机没有喘振;如果Xrms>=Xo,进行下一步计算;d)计算信号PS3交流分量f1≤f≤f2频带内的能量。对时域信号x(t)进行傅立叶变换,y(ω)=F(x(t)),得到PS3信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.航空发动机喘振故障监测方法,其特征在于,包括:步骤一,获取可以用于表征喘振故障的机载监测信号;步骤二,去除所述机载监测信号的直流分量,保留交流分量;步骤三,计算时域内所述交流分量的均方根;步骤四,将所述均方根与设定时域阈值进行比较,如果小于设定时域阈值,则判定没有喘振,若大于等于设定时域阈值,则计算所述交流分量在设定频带内的能量;步骤五,将设定频带内的能量与设定频域阈值进行比较,若小于该设定频域阈值,则判断为其他故障,若大于等于该设定频域阈值,则判断发生喘振。

【技术特征摘要】
1.航空发动机喘振故障监测方法,其特征在于,包括:步骤一,获取可以用于表征喘振故障的机载监测信号;步骤二,去除所述机载监测信号的直流分量,保留交流分量;步骤三,计算时域内所述交流分量的均方根;步骤四,将所述均方根与设定时域阈值进行比较,如果小于设定时域阈值,则判定没有喘振,若大于等于设定时域阈值,则计算所述交流分量在设定频带内的能量;步骤五,将设定频带内的能量与设定频域阈值进行比较,若小于该设定频域阈值,则判断为其他故障,若大于等于该设定频域阈值,则判断发生喘振。2.如权利要求1所述的航空发动机喘振故障监测方法,其特征在于,所述用于表征喘振故障的机载监测信号为高压转子转速信号、高压压气机出口压力信号、低压涡轮进口温度信号和与喘振故障相关的其他的传感器信号中的至少一个信号。3.如权利要求1所述的航空发动机喘振故障监测方法,其特征在于,所述喘振信号包括多个传感器信号,对各个传感器信号执行所述步骤一到步骤四,在步骤五中,将各个传感器信号对应的设定频带内的能量作为特征融合,以判断是否发生喘振。4.一种航空发动机喘振故障监测系统,其特征在于,包括:机载传感器,用于获取发动机运行时表征...

【专利技术属性】
技术研发人员:凡非龙曹明魏芳
申请(专利权)人:中国航发商用航空发动机有限责任公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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