航空发动机气路部件退化仿真及健康评估

发布时间：2020-06-27 08:09

【摘要】：航空发动机是飞机的核心部件,为保证航空发动机安全可靠运行,降低维修保障费用,以美国为首的西方国家提出了发动机的故障预测与健康管理(PHM)方法,其中健康状态评估是其中的一项关键技术。航空发动机作为一种高可靠性的复杂设备,其历史退化数据不足,退化实验投入资金巨大成为发动机健康管理的一大难点,因此,如何有效降低调研费用和周期成为一个重要问题。计算机仿真在此方面具有巨大优势:不仅可以大大减少实验工作量和实验费用,从而降低研发费用和缩短研发周期,并且通过计算机仿真还可以进行可行性研究和优化,减少了试验风险,从而大大降低成本。因此,建立一个具有扩展性能的航空发动机仿真平台具有重要意义。本文对航空发动机气路部件退化规律进行研究并建立了仿真模型,在此基础上,对气路部件的健康状态进行了评估,为发动机群的维修决策提供了依据。主要研究内容如下:(1)研究发动机气路部件的稳态性能仿真方法,选择以气路部件特性曲线拟合为基础的部件法。在实验数据缺乏的情况下,选择用耦合系数法根据已有的发动机通用特性曲线对发动机气路部件特性曲线进行拟合。确定在发动机整体仿真模型中需要的过程参数,对发动机各部件工作原理和数学模型进行研究。在Simulink环境下对涡轮风扇发动机进行基于部件法的建模仿真。完成各部件的仿真模块后,建立匹配验证方程,最终建立涡轮风扇发动机的稳态仿真计算模型,为发动机退化仿真提供了建模基础。(2)建立了发动机气路部件性能退化仿真模型。研究了发动机气路部件性能退化仿真方法并利用基于发动机气路部件特性曲线退化的方法对压气机性能退化过程进行了仿真。利用平移耦合系数的方法实现部件特性曲线退化过程的仿真,分析了压气机气路部件退化对发动机各截面参数的影响。(3)基于隐马尔科夫模型,对航空发动机气路部件的健康状态进行了评估,并基于实际数据对航空发动机进行了剩余寿命预测。分析发动机气路部件退化过程的特征,选择利用左右型多参数隐马尔科夫模型对发动机退化过程的健康状态进行健康评估。由于真实发动机缺乏充足的历史退化数据,利用仿真数据对训练过程进行了验证,并利用验证后的模型对真实发动机历史退化数据进行健康评估。最后参考发动机截尾预测数据对发动机进行了健康状态预测和剩余寿命预测。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V263.6
【图文】：

风扇发动机,气路

进气道的作用是使气流均匀流入压气机。风扇将从进气道进入的气流进压并稳定气体的流动，之后气流进入高压压气机。在高压压气机中，气一步增压，使气体总压达到有利于燃烧的压力。在燃烧室中，被压缩的喷油燃烧作用，使气体动能和总压增大并使气体由燃烧室进入高压涡轮轮做功。高压涡轮产生的高压轴转速为压气机提供动能，低压涡轮产生转速为风扇提供动能。最后燃烧后的气体在混合室与外涵道气体混合并管排入大气[23]。对于涡扇发动机而言，风扇提供的动能是机身动能的主涡轮风扇发动机仿真方法及仿真环境本章首先对涡轮风扇发动机各主要气路部件进行稳态模型并进行气路部能计算。航空发动机稳态性能计算是指：发动机在指定飞行高度 H、飞 Ma、大气温度 T 等飞行状况的条件下，发动机处于稳定工作状态下的性性能计算包括发动机设计点性能计算和非设计点性能计算。热力计算是

进气道,仿真模块,静温

图 2-2 进气道仿真模块进气道进口静温和静压[6]： 00, <0288.15 0.0065 ,0 11000216.5,11000 24000iT HT H HH （2-11）04 5.255880, 0101325(1 0.225577 10 H) ,0 110001100022632exp( ),11000 H6318iP HP HH （2-12）进口气流速度： 0 a 0iC M kRT（2-13）

【参考文献】