一种航空发动机气路故障模拟方法技术

本发明专利技术提供了一种航空发动机气路故障模拟方法，包括：构建故障零件三维仿真模型；基于故障零件三维仿真模型，构建故障部件三维仿真模型；基于故障部件三维仿真模型，获取故障部件特性；基于故障部件特性，构建气路故障仿真模型；根据气路故障仿真模型，模拟气路故障以生成气路故障数据。实施本发明专利技术的技术方案，可以兼顾故障模拟结果准确性以及模拟成本。以兼顾故障模拟结果准确性以及模拟成本。以兼顾故障模拟结果准确性以及模拟成本。

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机气路故障模拟方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机领域，尤其涉及一种航空发动机气路故障模拟方法。

技术介绍

[0002]航空发动机结构复杂、状态多变,气路部件所处工作环境十分严峻，承受较高的离心负荷、气动负荷、高温和大气温差负荷以及振动的交变负荷等，不可避免地会发生故障。通过采集发动机各截面的温度、压力、转速、流量等参数对发动机状态进行评估，诊断预测发动机的故障，及时调整发动机的工作状态，并预先安排发动机的维修和备件准备对保障发动机及飞机安全具有重要的军事价值和经济价值。
[0003]当前的发动机气路故障诊断预测无论是基于模型的故障诊断预测方法还是基于人工智能的故障诊断预测方法都非常依赖故障特征库。然而由于航空发动机特别是军用航空发动机状态低重叠，所获取历史故障数据的状态重合度较低，无法充分支持故障诊断预测算法的开发和验证。当前解决该难题的方法主要有基于气动热力学模型故障仿真和基于发动机实物的故障模拟两种方法生成故障数据。基于模型仿真的方法主要是依据国外的经验来进行部件性能参数(流量、效率等)拉偏进行模拟，性能参数偏移量与发动机流道部件结构改变量多少无法对应，同时由于所模拟的发动机与国外的发动机在结构等方面存在一定差异，导致故障模拟所生成的数据与真实故障发生时的测量数据相差较远；基于发动机实物的模拟方法虽然能够较为真实的实现故障模拟，所测量得到的故障数据与真实故障数据较为一致，但是由于成本较高，在真实研究和工程应用过程中很难大批量开展。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中的至少一个技术问题，本专利技术提供了一种航空发动机气路故障模拟方法。
[0005]根据本专利技术的第一方面，提供了一种航空发动机气路故障模拟方法，包括：
[0006]构建故障零件三维仿真模型；
[0007]基于所述故障零件三维仿真模型，构建故障部件三维仿真模型；
[0008]基于故障部件三维仿真模型，获取故障部件特性；
[0009]基于所述故障部件特性，构建气路故障仿真模型；
[0010]根据所述气路故障仿真模型，模拟气路故障以生成气路故障数据。
[0011]可选的，所述构建故障零件三维仿真模型，包括：基于三维扫描构建故障零件三维仿真模型或基于外形重构构建故障零件三维仿真模型。
[0012]可选的，所述基于三维扫描构建故障零件三维仿真模型，包括：
[0013]利用三维扫描仪对流道部件的故障零件进行外形数据采集，获取三维点云数据；
[0014]将所述三维点云数据转化到同一个坐标系，并通过滤波算法进行修正得到故障零件三维仿真模型。
[0015]可选的，所述基于外形重构构建故障零件三维仿真模型，包括：
[0016]依据真实或拟模拟的发动机故障，在正常的零件三维仿真模型基础上，通过外形重构的方式构建出故障零件三维仿真模型。
[0017]可选的，基于所述故障零件三维仿真模型，构建故障部件三维仿真模型，包括：将正常零件三维仿真模型与故障零件三维仿真模型进行装配得到故障部件三维仿真模型。
[0018]可选的，所述基于故障部件三维仿真模型，获取故障部件特性，包括：
[0019]基于故障部件三维仿真模型，通过气动热力分析，获取不同进口条件、不同工作状态下不同大小故障发生情况下的参数，以得到故障部件特性，其中，所述参数包括发动机部件流量、效率和压比。
[0020]可选的，所述基于所述故障部件特性，构建气路故障仿真模型，包括：将故障部件特征直接嵌套封装在故障部件三维仿真模型。
[0021]可选的，所述基于所述故障部件特性，构建气路故障仿真模型，包括：将所述故障部件特性嵌套到发动机气动热力学仿真模型中，以构成气路故障仿真模型；
[0022]所述将所述故障部件特性嵌套到发动机气动热力学仿真模型中，以构成气路故障仿真模型，包括：构建发动机部件特性改变量与故障大小、发动机状态以及进口条件的关系函数，把相关关系函数嵌套封装在发动机气动热力学仿真模型中，构成气动故障仿真模型。
[0023]可选的，所述构建气路故障仿真模型，还包括：增加气路故障仿真模型的输入参数，增加的所述输入参数包括故障模拟量大小和故障位置。
[0024]可选的，所述根据所述气路故障仿真模型，模拟气路故障以生成气路故障数据，包括：根据输入参数通过气路故障仿真模型的循环迭代，生成发动机气路故障数据，其中，所述输入参数包括发动机油门杆、高度、马赫数、故障模拟量大小和故障模拟位置。
[0025]本专利技术实施例中提供的一个或多个技术方案，通过构建故障零件三维仿真模型、故障部件三维仿真模型、获取故障部件特性、嵌套封装故障部件特性、气路故障模拟，实现气路故障的准确模拟，可以兼具故障模拟结构准确性以及模拟成本。
[0026]本方法综合了三维仿真模型和气动热力学模型的优势，能够从最开始的故障机理出发，量化分析部件故障对发动机流道部件性能的影响，解决当下航空发动机气路故障机理研究无法准确评估的问题。在发动机气动热力学模型中封装嵌套发动机部件故障性能参数，通过故障仿真获取发动机故障数据。该故障数据可以作为故障特征提取的输入，实现发动机气路故障特征在故障模式、故障大小、转速状态以及工作点位置等维度上的增强，也可以作为发动机气路故障诊断预测算法验证的输入，开展发动机在不同故障模式、不同故障大小、不同转速状态以及不同工作点位置下的算法验证，对于推动发动机气路故障诊断预测算法的技术成熟度，促进发动机健康管理技术的发展具有十分重要的意义。
附图说明
[0027]附图示出了本专利技术的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本专利技术的原理，其中包括了这些附图以提供对本专利技术的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0028]图1示出了根据本专利技术示例性实施例的一种航空发动机气路故障模拟方法的流程图；
[0029]图2示出了根据本专利技术示例性实施例的基于外形重构的发动机故障零件模型示意
图；
[0030]图3示出了根据本专利技术示例性实施例的基于三维扫描的故障部件三维仿真模型构建流程；
[0031]图4示出了根据本专利技术示例性实施例的基于外形重构的发动机故障部件三维仿真模型构建流程图；
[0032]图5示出了根据本专利技术示例性实施例的气路故障仿真模型构建流程图。
具体实施方式
[0033]下面将参照附图更详细地描述本专利技术的实施例。虽然附图中显示了本专利技术的某些实施例，然而应当理解的是，本专利技术可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本专利技术。应当理解的是，本专利技术的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本专利技术的保护范围。
[0034]应当理解，本专利技术的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本专利技术的范围在此方面不受限制。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机气路故障模拟方法，其特征在于，包括：构建故障零件三维仿真模型；基于所述故障零件三维仿真模型，构建故障部件三维仿真模型；基于故障部件三维仿真模型，获取故障部件特性；基于所述故障部件特性，构建气路故障仿真模型；根据所述气路故障仿真模型，模拟气路故障以生成气路故障数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建故障零件三维仿真模型，包括：基于三维扫描构建故障零件三维仿真模型或基于外形重构构建故障零件三维仿真模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于三维扫描构建故障零件三维仿真模型，包括：利用三维扫描仪对流道部件的故障零件进行外形数据采集，获取三维点云数据；将所述三维点云数据转化到同一个坐标系，并通过滤波算法进行修正得到故障零件三维仿真模型。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于外形重构构建故障零件三维仿真模型，包括：依据真实或拟模拟的发动机故障，在正常的零件三维仿真模型基础上，通过外形重构的方式构建出故障零件三维仿真模型。5.根据权利要求1～4任一所述的方法，其特征在于，基于所述故障零件三维仿真模型，构建故障部件三维仿真模型，包括：将正常零件三维仿真模型与故障零件三维仿真模型进行装配得到故障部件三维仿真模型。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于故障部件三维仿真模型，获取故障部件特性...

【专利技术属性】
技术研发人员：范满意，梁宁宁，孔祥兴，王兆祺，周锟，张瑞，
申请(专利权)人：中国航空发动机研究院，
类型：发明
国别省市：