传感器失效对航空发动机限制保护的影响分析

发布时间：2021-11-10 07:09

　　“民机发展、适航先行”,为了我国大飞机的发展,局方对发动机控制系统的安全性提出了一系列要求。传感器作为控制系统不可或缺的硬件分系统,它通过感知并传递信息来实现闭环控制功能。然而,航空发动机运行环境恶劣,传感器失效是不可避免的。此外,发动机控制系统需要保证关键变量（如风扇转速或涡轮温度）能够维持限制。目前,国内外对限制保护的研究都是在传感器处于正常的条件下进行。本文从传感器失效角度,以发动机限制保护为对象开展了一系列研究,主要研究内容如下:（1）探究了稳态、无限制保护下转速传感器失效对发动机转速控制系统的影响。首先对传感器失效模式进行了研究,发现传感器可能在偏置、漂移、冲击、周期性干扰、开路及短路上发生失效,并以电流的形式表征出各类故障。其次针对无限制保护的转速控制系统,在传感器失效下进行研究,从风扇转速响应、偏差信号、传感器输出信号、输出燃油流量等方面分别对系统进行失效影响分析和故障仿真研究。结果表明,冲击故障对系统影响最小,开路故障影响最大,故障影响程度从小到大排序为:冲击、偏置、漂移、短路、周期性干扰、开路。（2）基于稳态的转速控制系统,探究了转速传感器失效对转速限制保护的影响。通... 

【文章来源】：中国民航大学天津市

【文章页数】：105 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

发动机模型站位图

中国民航大学硕士学位论文00()()0ε，ε≥=+=<mrttyytttt（2.1）其中，ym为测量值，yr为未失效时测量参数的正常初始值，ε(t)表示偏置故障，为偏置幅值，当=0时，表示传感器未失效，传感器是正常工作状态。的值越大，表明偏置幅度越大，故障程度变大。t0是故障发生的初始时刻，即传感器失效是从该时刻起发生的故障。因此在仿真中，对于偏置故障，其电流信号表征为一个瞬间的突变过程，即瞬时跃变。可在原信号上加上一个恒定或随机小信号的形式，即阶跃信号来表征。如图2.1所示，在3秒发生偏置故障，幅值为0.1。图2.1模拟偏置故障2.1.2漂移故障漂移故障表现为某一时刻，传感器测量值以某一速率偏离正常初始值，其数学模型可表示为式2.2所示：00++≥=<rmryKtbttyytt（2.2）其中，式中数学的表达式Kt+b为该故障表现形式，K为漂移速率，当K=0，b>0时，表示传感器发生偏置故障，K越大，表明漂移程度越大，故障程度加大。当K=0和b=0时，传感器处于正常状态。因此在仿真中，对于漂移故障，其电流信号表征是一种随时间作线性增加的过程。可在原信号上以某一速率偏离原信号，即斜波信号的形式来表征。如图2.2所示，在第3秒发生斜率为0.2的漂移故障。18

中国民航大学硕士学位论文图2.2模拟漂移故障2.1.3冲击故障传感器发生冲击故障表现为某一时刻，传感器测量值出现高频脉冲信号，因此也称为脉冲故障，其数学模型可表示为式2.3所示：0mtaybta≠==，，（2.3）其中，ym为测量值，t为发生故障时间，a，b为常数，b越大则冲击幅值越大，故障程度越大。因此在仿真中，对于冲击干扰，其电流信号是一种持续时间极短而幅值极大的信号。可在原信号上叠加一个脉冲信号。如图2.3所示，第3秒发生幅值为2的冲击故障。图2.3模拟冲击故障19


本文编号：3486809