[发明专利]面向涡扇发动机的数字孪生物理层的构建方法

权利要求书

1.一种面向涡扇发动机的数字孪生物理层的构建方法，其特征在于，其操作步骤如下：

步骤一，确认涡扇发动机结构：

涡扇发动机是一系列零件装配形成的复杂装配体，其中，不同零件之间组成不同的部件，用于在涡扇发动机整体中实现不同的功能，依据这些功能将部件分离；

步骤二，构建涡扇发动机部件级模型：

将分离出来的部件分别组成对应的模型，依据部件功能不同，不同的部件拥有不同的参数输入与输出，依据部件内部的气、动、热力学传递方式，明确每个部件的输入量与输出量；

步骤三，构建涡扇发动机数字映射模型：

依据部件的功能与部件之间的气、动、热力学传递方式，将部件级模型串联或者并联起来，组成整个涡扇发动机的数字映射模型，用于反映涡扇发动机整体的参数传递；

步骤四，对参数进行再次分类：

明确分类依据，按照依据将参数分类；

步骤五，确定传感器采集方案：

依据分类后的参数类型，考虑实际采集环境，确定所需传感器种类，布置传感器分布方法；

步骤六，将参数传递至数字孪生服务器得到监测数据集：

通过无线传感器网络方式，将采集得到的数据传输至服务器，得到涡扇发动机实时监测数据集；

步骤七，参数融合：

依据采集到的涡扇发动机实时监测数据集的数据，通过参数融合，实现对于涡扇发动机运行状态的判断，完成面向涡扇发动机的数字孪生物理层的构建。

2.根据权利要求1所述面向涡扇发动机的数字孪生物理层的构建方法，其特征在于：在所述步骤七中，进行参数融合时，包括如下步骤：

7-1.使用z-score法标准化涡扇发动机数据；

7-2.按照相关度筛选数据，筛选达到要求的相关度大的数据，筛选后的数据包含s维涡扇发动机数据；

7-3.数据融合；将标准化后的数据记为：代表涡扇发动机i时刻第k维数据；

7-4.使用Kalman滤波平滑HI随时间变化曲线，用于预测涡扇发动机的状态变化，依据曲线趋势，分析涡扇发动机运行状态。

3.根据权利要求2所述面向涡扇发动机的数字孪生物理层的构建方法，其特征在于：在所述步骤7-2中，筛选后的发动机数据如下：

低压压气机出口总温度T₂₄、高压压气机出口总温度T₃₀、低压涡轮出口总温度T₅₀、风扇转速n_f、高压压气机出口静压Ps₃₀、涵道比BPR、高压涡轮转速n_H；高压压气机出口总压P₃₀、燃油流量W_f、高压涡轮引气流量W₃₁、低压涡轮引气流量W₃₂；

涡扇发动机工况突变最直接的体现就是其传感器采集数据的改变，依据数据趋势实现数据降维，撇除随时序变化极小的无效数据。

4.根据权利要求1所述面向涡扇发动机的数字孪生物理层的构建方法，其特征在于：在所述步骤一中，依据大涵道比涡扇发动机物理实体，构建结构模型；

涡扇发动机为分开排气式涡轮风扇发动机，主要结构包括进气道、低压转子形式的风扇、外涵道喷管、低压压气机LPC(Low-Pressure Compressor)、高压压气机HPC(High-Pressure Compressor)、燃烧室、高压涡轮HPT(High-Pressure Turbine)、低压涡轮LPT(Low-Pressure Turbine)与尾喷管；其中低压压气机、风扇与低压涡轮同轴转动，高压压气机与高压涡轮同轴转动；发动机有一个气流入口：进气道；发动机有两个气流出口：分别是内涵道与外涵道；

气流从进气道进入，然后经过风扇之后，分为两股气流，分别进入内、外涵道：

1-1.外涵道气流直接从外涵道喷管喷出；

1-2.内涵道气流依次进入低压压气机、高压压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮，最后从尾喷管喷出。