面向單元體的航空發(fā)動機健康狀態(tài)評估與預(yù)測方法研究.pdf

1、隨著我國民航機隊規(guī)模的不斷擴大，民航安全形勢和壓力越來越嚴(yán)峻，新一代航空運輸系統(tǒng)也對行業(yè)提出了“安全關(guān)口前移”和“持續(xù)安全”的發(fā)展目標(biāo)，民航發(fā)動機的安全和成本效益問題是亟待研究的重大問題。國內(nèi)航空產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，新一代國產(chǎn)軍用和民用發(fā)動機均對發(fā)動機健康管理(EHM)提出了需求。因此，無論從我國民航業(yè)工程應(yīng)用需要，還是從國產(chǎn)發(fā)動機EHM系統(tǒng)的研究開發(fā)的角度出發(fā)，亟需在EHM基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)等方面開展相關(guān)研究。
　　本文在充分研究了EHM

2、概念和技術(shù)架構(gòu)、理清了關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)在發(fā)動機健康管理工程實踐中存在的問題與不足，以氣路部件為對象，分別在氣路部件狀態(tài)監(jiān)控、單元體健康狀態(tài)評估及剩余壽命預(yù)測建模三個方面展開了深入研究，一方面可為提高我國民航發(fā)動機的健康管理水平提供可行的方法和技術(shù)，另一方面也可借鑒民航發(fā)動機健康管理領(lǐng)域成熟的技術(shù)和方法為國產(chǎn)發(fā)動機EHM系統(tǒng)的開發(fā)提供技術(shù)儲備。論文主要工作如下:
　　(1)氣路部件狀態(tài)監(jiān)控方面:
　　

3、在挖掘現(xiàn)有的氣路監(jiān)控技術(shù)的潛力方面，針對性能參數(shù)偏差值離散度大、故障特征容易被噪聲淹沒的問題，提出了基于貝葉斯因子的性能參數(shù)偏差值序列監(jiān)控方法，以從含有噪聲的偏差值序列中及時識別異常，提前故障征兆發(fā)現(xiàn)的時機;針對“一般”基線模型難以準(zhǔn)確反映實際運行環(huán)境下個體發(fā)動機的特性的問題，提出了基于多元狀態(tài)估計技術(shù)的“個性化”基線模型的挖掘方法，依據(jù)發(fā)動機實測數(shù)據(jù)建立起的“個性化”基線模型能更準(zhǔn)確的特定發(fā)動機的特性，因此，能夠更準(zhǔn)確地計算出性能參數(shù)

4、的偏差量，有利于提前故障征兆的發(fā)現(xiàn)時機。在新型氣路監(jiān)測技術(shù)方面，把尾氣靜電信號作為一種新的氣路狀態(tài)參數(shù)，提出了基于燃油流量單參數(shù)的和基于多元狀態(tài)估計技術(shù)的多參數(shù)尾氣靜電信號基線模型挖掘方法。在建立起尾氣靜電信號的基線模型后，通過實時監(jiān)控尾氣靜電信號RMS值與基線值的偏差，實現(xiàn)對氣路部件狀態(tài)的實時監(jiān)控，提前故障征兆的發(fā)現(xiàn)時機。
　　(2)面向單元體的氣路部件健康狀態(tài)評估方面:
　　研究了航線條件下基于非線性自適應(yīng)性能模型的單元

5、體健康狀態(tài)評估方法?？紤]到外場條件下可測氣路參數(shù)少于待估計的健康參數(shù)以及測量噪聲的影響，將復(fù)雜的健康參數(shù)的求解問題轉(zhuǎn)換為一個尋優(yōu)問題，提出了基于排除法的故障隔離—評估方法，通過排除健康單元體把待估計參數(shù)維數(shù)降低到低于可測氣路參數(shù);針對實際外場使用中各單元體不可避免的發(fā)生緩慢的性能退化的問題，提出了考慮性能緩慢退化情況下的單元體健康參數(shù)的估計方法，首先通過跟蹤各單元體的緩慢性能退化，得到故障前各單元體的實際退化狀態(tài)，進而在故障隔離與評估時

6、考慮進其影響以提高單元體健康參數(shù)估計的精度。針對氣路可測參數(shù)有限、信息源單一的問題，提出了基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)多源診斷信息融合的氣路分析技術(shù):以常規(guī)氣路可測參數(shù)為主，定性診斷信息借助故障模式先驗概率表引進，而定量信息的引入則借助健康參數(shù)的先驗分布實現(xiàn)，由貝葉斯網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息融合，提高單元體健康參數(shù)估計的準(zhǔn)確度和精度。
　　(3)健康狀態(tài)與剩余壽命預(yù)測建模方法研究:
　　針對實際運行環(huán)境下個體系統(tǒng)的剩余壽命預(yù)測問題，提出了基于狀態(tài)空間

7、退化模型和貝葉斯估計理論的使用可靠性評估與剩余壽命預(yù)測方法。以發(fā)動機排氣溫度裕度作為表征氣路部件性能衰退的退化參數(shù)，由線性高斯?fàn)顟B(tài)空間模型來描述性能退化軌跡，利用共軛先驗貝葉斯推理估計并預(yù)測退化狀態(tài)。狀態(tài)空間模型區(qū)分帶有噪聲的觀測量與系統(tǒng)真實的退化狀態(tài)，更加符合實際情況。此外，狀態(tài)空間模型不需要對退化軌跡做平穩(wěn)性假設(shè)，這使得模型便于處理因維修、故障等因素而引起的性能突變。考慮到僅用單參數(shù)難以全面地表征系統(tǒng)健康狀況的問題，提出了通過融合多