[发明专利]航空发动机气路多部件性能评估方法

说明书

本发明涉及航空发动机运行性能监控技术领域，具体的说是一种能够显著提高航空涡扇发动机运行性能监控效率和准确率的航空发动机气路多部件性能评估方法，将各气路部件性能衰退量视为隐变量，首先以经预处理和标准化处理后的气路参数偏差值与该型号发动机气路参数偏差值基准间的差值作为模型输入；接着借助由1DCNN和MLP构建的非线性编码器，解耦隐藏在气路参数偏差值中的各气路部件性能衰退量；然后利用基于指印图提取当初气路部件单位性能衰退对气路参数偏差值的影响量作为权重构建线性解码器，借助该线性解码器重构输入；再以输入输出间差异最小化为目标，训练该神经网络模型，以获得最优解码器参数。

技术领域：

本发明涉及航空发动机运行性能监控技术领域，具体的说是一种能够显著提高航空涡扇发动机运行性能监控效率和准确率的航空发动机气路多部件性能评估方法。

背景技术：

国内科研人员将航空发动机气路各部件视为一协同工作的整体，在此基础上，结合大量运行监控参数从机理知识分析与数据信息挖掘两个方面提出了大量发动机气路部件性能评估的方法，但这些方法在实际运用中存在着发动机关键设计参数不可、性能监控数据难以获取，无统一性能评估基准导致同一型号的发动机气路性能评估结果不具对比参考意义等问题，故难以进行研究成果落地，解决民航发动机气路部件性能评估难题和对实际发动机运维管理提供指导性的意见。

以CFM56-5B2/3型航空发动机为例，其采用模块化设计，包含3个主单元体以及6个主要气路部件，发动机具体结构如图1所示，主要气路部件的名称如表1所示，为典型的双转子涡扇航空发动机。该型航空发动机的动力装置主要依赖空气系统提供推力，空气系统主要包括一级气路(内涵道)与二级气路(外涵道)。一级气路(内涵道)：空气经由1级风扇， 5级低压压气机与9级高压压气机增压，送入燃烧室与航空燃油混合膨胀燃烧，高温高压燃气喷射推动1级高压涡轮带动高压压气机持续做工，燃气经由高压涡轮后排入4级低压涡轮带动低压压气机与风扇做工，最后将尾气排出；二级气路(外涵道)：空气经由风扇推动后与一级气路尾气混合共同排气，该级气路提供了发动机所需80％的推力。其余附件系统包括：燃油系统、滑油系统和附件齿轮箱系统。在运维管理方面，该型号航空发动机现主要采用视情维修措施，比如寿命件到寿或健康监控系统预警等。

基于指印图的属性与功能在发动机气路部件性能评估过程中是重要理论依据和诊断工具。例如：HPT叶片与机匣摩擦，导致叶尖间隙增加，进而导致HPT工作效率下降，最后反映在发动机排气温度偏差值ΔEGT异常增加。由于指印图可以用来解释不同气路部件工作效率衰退或故障下发动机气路参数偏差值的小偏差量，因此，可将指印图作为机理知识用来评估发动机气路部件的老化或损坏。

若将气路部件的工作效率下降视为气路部件的性能衰退，则根据指印图所示，CFM56-5B2/3型航空发动机发生不同故障或性能衰退的症候在气路参数偏差值上的表现形式不同。在进行气路单部件性能评估时，通常只需要依据待评估时刻气路参数偏差值D_i与某一基准气路参数偏差D^b之间的差值ΔD与指印图上所示各气路部件单位工作效率下降对气路参数偏差值影响量w之间的线性关系，如式(1)就可判断发动机待评估气路部件的性能衰退量。

式中——i时刻未修正的原始气路参数偏差值；

x_ij——i时刻VSV、VBV的单位开合角度或单位引气泄露量；

w_j——指印图中x_j对气路参数偏差值造成的偏移量。

当R＝1时代表待评估气路部件性能衰退引起的气路参数偏差值偏移量与理论单位性能衰退所导致的气路参数偏差值偏移量一致，即该气路部件性能衰退了1％；当R∈(0,1)或 R＞1时，分别代表实际性能衰退比理论单位性能衰退轻或严重。

表1 CFM56-5B2/3型航空发动机气路部件