[发明专利]一种涡扇发动机在线部件故障诊断方法及系统

权利要求书

1.一种涡扇发动机在线部件故障诊断方法，其特征在于，包括：

S1、采用Broyden迭代方法建立非线性部件级的诊断模型，所述诊断模型输出发动机截面工作参数,将所述发动机截面工作参数标记为观测参数预测值；

S2、传感器采集观测参数传感器测量值,建立LM优化器，所述LM优化器以所述观测参数预测值和所述观测参数传感器测量值之间的残差作为目标函数；

S3、当所述目标函数值最小时，通过LM优化算法估计出当前时刻所述诊断模型的效率和流量，标记为真实效率和流量估计值；

S4、根据旋转部件无故障特性图以及所述真实效率和流量估计值通过作辅助线求得理想效率和流量，根据健康参数定义求取健康参数；

S5、设定突变故障分类准则，根据所述健康参数与特定故障模式健康参数的欧式距离，确定当前突变故障模式；

S6、将所述真实效率和流量估计值，代入所述诊断模型，根据裕度及推力计算公式求取风扇和压气机裕度及推力；

S7、将所述真实效率和流量估计值、所述健康参数、所述突变故障模式、所述裕度和推力保存至诊断报告，输出所述诊断报告。

2.根据权利要求1所述的涡扇发动机在线部件故障诊断方法，其特征在于，所述S1包括：

S11、根据发动机气动学特性和典型的部件特性建立发动机部件模型；

S12、根据流量连续功率平衡和转子动力学原理建立所述发动机部件模型之间的共同工作方程组；

S13、采用Broyden算法求解所述共同工作方程组,得到所述发动机部件模型的所述截面工作参数,标记为所述观测参数预测值。

3.根据权利要求1所述的涡扇发动机在线部件故障诊断方法，其特征在于，所述目标函数的表达式为：

其中，r(x)∈R^m是误差函数，x＝[η₁,W₁,η₂,W₂,η₃,W₃,η₄,W₄]，η_i,W_i,i＝1,2,3,4为所述旋转部件真实效率和真实流量，i＝1,2,3,4分别代表风扇，压气机，高压涡轮，低压涡轮；

f(x)是损失函数；

所述真实效率和流量估计值为其中分别是风扇真实效率和真实流量估计值、压气机真实效率和真实流量估计值、高压涡轮真实效率和真实流量估计值、低压涡轮真实效率和真实流量估计值；为所述观测参数预测值，y为所述观测参数传感器测量值。

4.根据权利要求1所述的涡扇发动机在线部件故障诊断方法，其特征在于，步骤S4的具体步骤如下：

S41、所述旋转部件无故障特性图包括效率流量特性图和压比流量特性图，在所述效率流量特性图上标记实际工作点根据当前部件转速插值无故障效率流量特性图得到并画出对应当前转速的效率流量无故障特性线；

S42、根据所述诊断模型得到所述旋转部件当前的压比及转速，在所述压比流量特性图中标记所述实际工作点A的对应点A’，根据当前部件转速插值无故障压比流量特性图得到并画出对应当前转速的压比流量无故障特性线；

S43、通过所述A’点作等压比线，所述等压比线与所述压比流量无故障特性线交点记为点B’；

S44、根据所述点B’的流量值，在所述效率流量特性图中作等流量线，所述等流量线与所述效率流量无故障特性线的交点记为点B，点B的坐标为

S45、将所述点B的坐标值标记为所述效率与流量的理想值；

S46、根据健康参数定义求取该旋转部件健康参数。

5.根据权利要求1所述的涡扇发动机在线部件故障诊断方法，其特征在于，所述突变故障分类准则为：

其中，所述突变故障模式共有p种，p是故障模式的序号，p为正整数；

特定故障模式i对应的健康参数为h_i,i＝1,2,…,p，所述健康参数为h_e；

若h_e和h_i之间的欧式距离最小，则表示发生了第i种故障。

6.根据权利要求1所述的涡扇发动机在线部件故障诊断方法，其特征在于，所述推力计算公式为：

F＝W_g9(V₉-V₀)+(P_S9-P₀)A₉ (4)

其中，F为推力，W_g9为喷管燃气质量流量，V₉为燃气喷管中多变膨胀时喷管出口气流速度，V₀为飞行速度，P_S9为喷管出口截面气流静压，P₀为当前飞行高度外界大气压，A₉为喷管出口面积；

所述裕度计算公式为：

其中，SM为裕度，π_o,W_o为风扇或压气机的当前工作点的压比和流量，π_s,W_s为喘振边界上与点(π_o,W_o)处于等转速线上的边界点的压比和流量。