适用于故障预测的飞机环控系统数学建模研究

发布时间：2020-06-25 12:27

【摘要】：飞机环境控制系统(ECS)作为机载设备的关键系统之一,在运行过程中不可避免地会出现各种故障,这些故障会造成设备运行异常,甚至会引发严重的事故。本文主要对适用于故障预测的飞机ECS数学建模方法进行了研究。首先,分析了国内外相关文献,了解了飞机ECS故障研究的发展历程、概貌与趋势,归纳总结出了飞机ECS故障研究的一般方法。其次,以某型飞机ECS系统为研究对象,分别建立了系统中各个主要部件(换热器、压气机、涡轮、控制阀)的数学模型,并利用实验数据对模型的准确性进行了验证,获得了计算精度满足要求的各部件模型;根据系统中气流流动的先后顺序,将各个部件的数学模型综合集成,建立了飞机ECS整体数学模型,作为进一步研究飞机ECS故障预测的基础;分析了在初始条件下,系统达到稳定状态时各个部件的效率和出口参数的动态响应,同时,也研究了冲压空气质量流量、温度和发动机引气温度对系统性能的影响,获得了系统和各个部件健康状态下的性能曲线。最后,基于所建立的飞机ECS整体模型,以换热器结垢和涡轮性能衰减为例,建立了飞机ECS故障预测模型,得到了系统从正常状态到产生故障的过程中各种参数的变化情况,获得了系统和部件不同寿命下对应的性能曲线,通过对比健康状态下的性能曲线,确定了寿命曲线不同位置对应的系统性能的偏离,建立了健康状况、剩余寿命和故障与性能特性偏离之间的内在关系。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V245.3
【图文】：

预测系统,故障诊断,健康状态

图 1.1 故障诊断预测系统的构成诊断系统的目的是试图警告驾驶员或维修、后勤保障人员，飞即发生了故障。这种方法只有在故障发生时才能发出信号[17]。，它们出现在特定的环境条件下，而在其他条件下自动恢复正现故障不能复现和重测合格等情况，引起不正确的诊断，更重来，各国军方和工业界广泛重视飞机故障预测技术的研究，积发应用。在美国、欧洲等西方国家，该项技术已经应用于各种，如 F35、阵风、P-8A、UCAV 无人机、UH-60“黑鹰”直升括健康状态预报和剩余寿命预测[18]。健康状态预报用于确定当过程中的哪一种健康状态，即是健康（正常状态）、亚健康（性能失效状态）等。当部件或系统处于亚健康状态时，判断是由下降，并且评价当前健康状态偏离其正常状态程度的大小。剩的当前健康状态、历史状态等信息，采用合适的预报模型，确术一般借助人工智能推理机（如专家系统、神经网络、模糊逻辑

分布情况,飞机,故障,分布情况

南京航空航天大学硕士学位论文选，共获得 178 篇与飞机 ECS 故障有关的研究文献，其中包括来自篇和 EI 数据库的英文文献 29 篇。从研究时间、故障源、以及研究的分布情况，获得了飞机 ECS 故障研究发展的研究现状。现了发表文献的数量随时间的分布情况，从中可以看出：在 1991 对于 ECS 故障问题的研究很少，检索到的论文总数 9 篇，平均每年复杂飞机 ECS 故障研究的需求；2000 年至 2008 年的 9 年时间内，每年有 2.5 篇论文被检索到；文章数量在 2009 年突然增加，此后总机 ECS 故障的研究从 2009 年开始受到重视，逐渐成为研究的热点

【参考文献】