[发明专利]基于状态基线的航空发动机气路单元体健康状态评价方法

说明书

本发明具体地说是一种基于状态基线的航空发动机气路单元体健康状态评价方法，其特征在于包括如下步骤：步骤A，确定本评价体系需要获取的发动机巡航状态参数集合，并以此集合为依据划定样本库覆盖范围，以划定的覆盖范围为依据解析ACARS报文，收集发动机历史巡航数据，建立发动机机队状态基线训练样本库；步骤B，确定需要监控的单元体性能指标，分析单元体工作特性影响因素，建立各单元体状态基线模型；步骤C，从机队状态基线训练样本库中选择相应历史数据，对各单元体状态基线模型进行训练，获得单元体状态基线；步骤D，在对单台发动机的某单元体进行健康状态评价时，以准确评估单元体的缓慢性能衰退过程。

技术领域：

本发明涉及航空发动机健康状态评价领域，具体地说是一种基于状态基线的航空发动机气路单元体健康状态评价方法。

背景技术：

面向对象：航空发动机为飞机提供推进力，其健康的工作状态是维持飞行安全，控制运作成本的重要保证。航空发动机的性能主要取决于多个气路单元体的性能，对单元体的性能进行具有针对性的评价是解决发动机运行性能评价问题的根本途径之一。

技术难点：航空发动机单元体的性能由其固有的气动热力学特性决定，随着发动机的使用循环数的增加，单元体的工作性能会产生缓慢的衰退。理论上来说，如果能够精确计算出待评价单元体的效率、流量、压缩比等气动热力学特性的劣化程度，即可实现单元体健康状态的评价。然而，在发动机的不同飞行任务中，发动机单元体通常工作在具有多重维度且多变的工况下，一般来说，这些工况的转换对单元体工作特性的影响远远大于性能劣化所导致的工作特性的微小漂移，而由于发动机在日常的飞行任务中受飞行高度、巡航马赫数、起飞重量等不同工况的影响，其工作点弥散在范围宽广的工作包络空间内，使得评价任务中所关注的性能衰退引起的数据漂移现象极容易被工况信息淹没；此外，考虑到全球发动机使用方的决策过程普遍缺乏产品的设计背景知识的支持的现状，更是进一步加深了发动机单元体的健康状态推理难度，从而造成了全球发动机使用方的空有大量历史数据积累而难以加以有效利用的被动局面。

理论背景：作为故障诊断领域的状态/参数估计法的一种衍生方法，基于状态基线的航空发动机整机性能评价方法于20世纪70年代被提出。该种方法分为两个步骤：首先，通过对健康状态发动机工况参数和运行参数的收集，归纳出运行参数与工况参数的函数关系或对照表，作为发动机在整个工作包络空间内的状态基线；而后对比待评价发动机的运行数据与状态基线的偏差得到消除工况影响的偏差值，并把偏差值带入状态评价算法以评估发动机整机运行性能。由于该种方法在发动机状态评价及故障诊断领域内表现出的良好的准确性、稳定性和普适性，目前普遍地被全球各发动机状态监控服务供应方应用于自身的发动机性能监控软件平台。尽管基于状态基线的发动机整机健康状态评价方法已经颇为成熟，然而，将这个思想进一步深化到部件层面，即利用发动机内部气路参数历史数据挖掘基于状态基线的航空发动机单元体性能评价方法，则是一个具备一定理论基础和初步验证效果，却完成形成系统性研究和形成应用案例的技术发展点。

应用基础：为满足飞机适航指令规定提出的相关安全性要求，全球各航空公司普遍遵循ARINC724B协议标准，采用无线电通讯手段，即飞机通信寻址及报告系统(ACARS)将飞机巡航过程中测量到的多种状态参数以报文的形式传送回地面监控中心，该报文包含了飞机经纬度、飞机总重、高度、马赫数等飞机飞行状态信息，也包含了发动机转速、燃油流量、排气温度等发动机工作状态信息。目前，全球各大航空公司的不同型号的发动机机队都已经形成一定规模且针对各型号发动机都收集有丰富的ACARS报文历史数据，如果能够对这些大量数据加以合理利用，则足以从数据层面支持本申请中提出的发动机气路单元体健康状态评价方法。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种帮助航空发动机使用方和维修方克服发动机设计知识不足方面的困难，可以利用发动机历史巡航信息对各单元体的健康状态进行评价，从而提升使用方的发动机健康状态监控能力和维修方的发动机维修策略制定能力的基于状态基线的航空发动机气路单元体健康状态评价方法。

本发明采用如下技术方案：