[发明专利]一种航空发动机气路部件故障检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种航空发动机气路部件故障检测方法，属于航空发动机故障诊断技术领域。

背景技术

航空发动机作为飞机的心脏，结构复杂而且工作环境恶劣，发动机故障诊断技术是保证发动机性能与可靠性，降低使用维护成本的重要手段。在航空发动机服役过程中，部件性能会发生缓慢退化，此外，还可能发生部件健康参数突变；与此同时，由于工作环境的恶劣，传感器也是故障易发元件之一；气路部件故障与传感器故障共同影响着航空发动机的性能与可靠性，有必要对其进行诊断。

目前，航空发动机气路部件故障诊断主要是通过测量参数的变化估计健康参数的变化，从而分析发动机气路部件的健康状况；线性卡尔曼滤波器作为一种基于模型的气路部件故障诊断方法，对于线性高斯系统能够获得最优的状态估计，且算法计算量小，但是发动机本身是一个复杂的非线性系统，线性化建模过程不可避免的会引入二次建模误差，影响诊断的精度。扩展卡尔曼滤波器是线性卡尔曼滤波器向非线性系统的推广，其对非线性系统进行一阶近似，将非线性问题转化为一个近似的线性滤波问题，适用于航空发动机这类强非线性系统，具有较高的估计精度，因此在航空发动机气路部件故障诊断上已获得广泛应用。

传统的基于扩展卡尔曼滤波器的航空发动机气路部件故障诊断方法为集中式结构，即将各传感器测量值直接传输到中央处理器进行全局的健康参数估计，存在中央处理器计算负担大，传输信道要求高，容错性差等缺点。

气路部件故障诊断是以传感器测量信号为基础工作的，传感器信号正常与否将直接影响到气路部件故障诊断乃至发动机控制的有效性。目前，国内外已对航空发动机传感器故障诊断与容错展开了大量研究，如基于残差x²的诊断法，基于机器学习的诊断法等。但是，基于集中式卡尔曼滤波器的上述方法仅使用单一滤波器的估计信息，实现起来较为复杂，增加了计算负担。

发明内容

针对上述技术问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种航空发动机气路部件故障检测方法，克服了现有技术中的不足，针对航空发动机气路部件故障与传感器故障设计了融合诊断方法，有效保证了航空发动机更加安全可靠的运行。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种航空发动机气路部件故障检测方法，首先针对航空发动机各个指定气路部件，分别设置用于指定参数测量的各个传感器；然后将各个指定气路部件按其所在工作区域进行划分获得各个工作区域组，接着设置分别与各个工作区域组相一一对应的局部滤波器，各个工作区域组中各指定气路部件上设置的各个传感器分别与所在工作区域组对应的局部滤波器相连接；最后设置与各个局部滤波器相连接的主滤波器；所述故障检测方法包括如下步骤：

步骤001.初始化k＝0，并预设第k时刻航空发动机各个指定气路部件的工作效率变化系数集合X_全局，k、第k时刻航空发动机各个指定气路部件工作效率变化系数对应的协方差阵集合P_全局，k，以及航空发动机系统噪声协方差阵Q_全局；将上述三组预设量平均分配至各个局部滤波器中，使得各个局部滤波器分别获得其在第k时刻所获系统各个指定气路部件的工作效率变化系数集合X_i，k、其在第k时刻的局部滤波器协方差阵集合P_i，k，以及其对应的航空发动机系统噪声协方差阵Q，并进入步骤002；其中，i＝{1、…、I}，I表示局部滤波器的个数；P_i，k表示第i个局部滤波器在第k时刻所获系统各个指定气路部件工作效率变化系数，分别相对于该局部滤波器自第0时刻起至第k时刻所有时刻所获对应指定气路部件工作效率变化系数的协方差，所构成第i个局部滤波器第k时刻的局部滤波器协方差阵集合；