微型涡喷发动机建模与故障诊断

发布时间：2017-10-05 05:00

  本文关键词：微型涡喷发动机建模与故障诊断

  更多相关文章： 微型涡喷发动机 故障诊断 非线性部件级模型 线性化模型 气路部件故障 传感器故障 进气道堵塞

【摘要】：航空发动机故障诊断是实现发动机视情维护、降低使用维护成本、保证飞行安全的重要手段,是研究航空发动机健康管理系统的主要内容之一。本文基于微型涡喷发动机研究数学模型的建立、气路部件和传感器故障的诊断与区分,并设计进气道堵塞故障台架试车试验对气路部件故障诊断算法进行验证。首先,建立了微型涡喷发动机慢车以上非线性部件级模型和小偏差线性化模型,并通过试车数据和仿真实验分别验证了部件级模型和线性化模型的有效性。然后,本文基于鲁棒H∞滤波重点研究并设计了气路部件故障诊断系统、传感器故障诊断系统以及针对可能同时出现这两种类型故障的联合故障诊断系统。其中,气路部件的故障诊断系统分为两个模块,分别实现气路部件故障的检测、报警与故障的隔离、估计;传感器故障诊断系统为每个传感器设计一个鲁棒滤波器,通过滤波残差范数与阈值进行比较,准确地判断出发生故障的传感器;气路部件和传感器联合故障诊断系统将部件健康参数增广到状态量中,隔离其对输出的影响,首先判断出发生故障的传感器,再通过发生故障的传感器所对应的状态观测器观测出气路部件健康参数的蜕化量。同时,文中还通过仿真验证了这三种故障诊断系统都能诊断出对应的发动机故障。最后,通过在发动机进气前添加进气缸、并在进气缸的进气口处添加面积可控的挡板,设计了进气道堵塞作为气路部件故障进行台架试车试验。通过对台架试验数据的分析和处理,从定性和定量两个角度论证了发动机存在进气堵塞故障,验证了气路部件故障诊断算法的有效性。
【关键词】：微型涡喷发动机 故障诊断 非线性部件级模型 线性化模型 气路部件故障 传感器故障 进气道堵塞
【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】：2015
【分类号】：V263.6
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 研究背景14-15
• 1.1.1 航空发动机故障诊断的意义14
• 1.1.2 航空发动机故障诊断的任务和难点14-15
• 1.2 国外研究现状15-16
• 1.3 国内研究现状16
• 1.4 微型涡喷发动机16-18
• 1.5 本文内容安排18-20
• 第二章 微型涡轮喷气发动机部件级数学模型及其线性化模型20-37
• 2.1 微型涡轮喷气发动机部件级建模简介20-21
• 2.1.1 微型涡轮喷气发动机物理模型20-21
• 2.1.2 部件级建模简介和假设21
• 2.2 沿流程各部件的气动热力学计算21-28
• 2.2.1 进气道22
• 2.2.2 压气机22-25
• 2.2.3 燃烧室25
• 2.2.4 涡轮25-27
• 2.2.5 尾喷管27-28
• 2.3 发动机的共同工作方程28-32
• 2.3.1 共同工作方程的选取28-29
• 2.3.2 共同工作方程的求解29-32
• 2.4 部件级模型验证32-33
• 2.5 拟合法建立发动机小偏差线性模型33-36
• 2.5.1 拟合法建立线性化模型的原理33-34
• 2.5.2 仿真验证34-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 基于鲁棒H∞滤波器的微型涡喷发动机气路部件故障诊断37-53
• 3.1 引言37
• 3.2 气路部件故障诊断模型37-38
• 3.2.1 气路部件故障的模拟37-38
• 3.2.2 包含健康参数的线性化模型38
• 3.3 气路部件故障诊断系统38-44
• 3.3.1 故障检测报警模块39-43
• 3.3.2 故障隔离估计模块43-44
• 3.4 仿真算例44-52
• 3.4.1 点A处故障检测与报警44-47
• 3.4.2 点A处故障部件故障隔离与估计47-48
• 3.4.3 点B、C、D处故障检测与报警、故障隔离与估计48-50
• 3.4.4 故障检测模块对野值的鲁棒性50-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 基于鲁棒H∞滤波的发动机传感器故障诊断53-66
• 4.1 引言53
• 4.2 发动机传感器故障分析与模拟53-55
• 4.2.1 发动机传感器典型故障类型与模拟53-54
• 4.2.2 发动机传感器故障对气路部件故障诊断的影响54-55
• 4.3 发动机传感器故障的诊断与重构55-60
• 4.3.1 发动机传感器故障诊断规则55-57
• 4.3.2 发动机传感器故障诊断仿真57-60
• 4.4 发动机传感器故障和气路部件故障的诊断区分60-64
• 4.4.1 传感器故障和气路部件故障联合诊断系统60-62
• 4.4.2 传感器故障和气路部件联合故障诊断系统仿真验证62-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第五章 微型涡喷发动机进气道堵塞故障诊断台架试验66-78
• 5.1 引言66
• 5.2 进气道堵塞故障模拟66-67
• 5.3 台架试验设计和实现67-69
• 5.4 台架试车试验和故障诊断69-77
• 5.4.1 台架试车试验步骤和数据69-71
• 5.4.2 实验数据分析和故障诊断71-77
• 5.5 本章小结77-78
• 第六章 总结与展望78-81
• 6.1 工作总结78-79
• 6.2 工作展望79-81
• 参考文献81-86
• 致谢86-87
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文87

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本文编号：974864