[发明专利]面向涡扇发动机的数字孪生物理层的构建方法

说明书

本发明公开了一种面向涡扇发动机的数字孪生物理层的构建方法，应用于涡扇发动机数字孪生领域。本方法的操作步骤为：确认涡扇发动机结构；构建涡扇发动机部件级模型；构建涡扇发动机数字映射模型；对参数进行分类；确定传感器采集方案；将参数数据传递至数字孪生服务器；对数据实现参数融合，反映涡扇发动机工作状态。本发明方法具有一定的创新性和可行性，对于航空发动机数字孪生构建具有一定的借鉴意义。

技术领域

本发明用于涡扇发动机数字孪生领域，应用于涡扇发动机的数字孪生物理层构建。

背景技术

数字孪生是对物理世界的多尺度、多学科、多物理量的概率表示。其旨在通过特定传感单元获取多维度、宽领域的高精确性数据，使用不同的专业知识和数据处理工具对数据进行计算处理，最终对关键输入输出实现特征化建模，完成对真实工况的模拟。数字孪生因其继承性、交互性、实时性等特征广泛应用于飞行器与航空发动机。分开排气式涡轮风扇发动机或称为涡扇发动机是一种常见的航空发动机。通过构建涡扇发动机数字孪生体系，能更好地模拟涡扇发动机的工作状态，了解内部系统的运行情况，最终做出更优的决策。物理层是涡扇发动机的数字孪生体系的基础，是发动机与其数字孪生体的映射过程。物理层是将物理实体和真实环境中的所有信息通过传感器等设备使用测量等手段转换成上位机可识别的信息，并在上位机中进行数据分类、分析与存储等操作，最终实现数据融合与模型融合的过程。整个物理层流程的精确性、完整性与实时性决定了数字孪生系统是否能够正常运转。但是，由于涡扇发动监测数据难以采集，以及对于数据利用与反馈不够充分，所以对于涡扇发动机数字孪生物理层构建的相关技术研究较少。因此，如何有效地构建涡扇发动机数字孪生物理层，是研究构建其数字孪生的关键。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种面向涡扇发动机的数字孪生物理层的构建方法，解决了涡扇发动机物理模型与虚拟模型的映射困难。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种面向涡扇发动机的数字孪生物理层的构建方法，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。

优选地，在所述步骤七中，进行参数融合时，包括如下步骤：