CN108104954A - 一种涡轴发动机功率状态监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及直升机发动机安全领域,涉及一种涡轴发动机功率状态监控方法,包括如下步骤:测量预定时间间隔范围内发动机扭矩、动力涡沦转速、动力涡轮前温度、压气机转速、大气温度以及压力高度各参数的所有数据,以及最大值和最小值的差值,上述所有数据作为准稳态数据段;对准稳态数据段进行估值;计算标准状态下发动机的功率、动力涡轮前温度以及压气机转速;计算求得标准状态发动机的实际功率与预期功率之差;当步骤四中的差值小于预定值时,给出发动机功率异常的告警。本发明涡轴发动机功率状态监控方法,实时显示发动机实际功率与预期功率之差,如果该差值小于预先设定的某一数值,则给出发动机功率异常的告警。
Description
技术领域
本发明涉及直升机发动机安全领域,涉及一种涡轴发动机功率状态监控方法。
背景技术
发动机的实际输出功率对保证直升机的各项飞行性能非常重要,随着使用时间的积累,发动机的实际输出功率会有所衰减。目前,国内外各型号直升机为监测发动机功率衰减趋势,保障发动机使用安全,并为发动机维护提供依据,需要对发动机每飞行一定的时间进行功率保证检查试验。
但是,目前的发动机功率保证检查试验不能随时监测发动机功率的衰减趋势。
发明内容
本发明的目的是提供了一种涡轴发动机功率状态监控方法,以至少解决目前的发动机功率保证检查试验不能随时监测发动机功率的衰减趋势的问题。
本发明的技术方案是:
一种涡轴发动机功率状态监控方法,包括如下步骤:
步骤一、测量预定时间间隔范围内发动机扭矩Q、动力涡沦转速Npt、动力涡轮前温度ITT、压气机转速Ng、大气温度Tamb以及压力高度Hp各参数的所有数据,再分别选取各参数对应的最大值和最小值,以最大值和最小值的差值作为变化量,分别为ΔQ、ΔNpt、ΔITT、ΔNg、ΔTamb、ΔHp,并判断当ΔQ、ΔNpt、ΔITT、ΔNg、ΔTamb、ΔHp分别小于预定变化量εi(i=1,2,3,4,5,6)时,将上述所有数据作为准稳态数据段;
步骤二、根据如下公式(1)分别对所述准稳态数据段进行估值:
得到发动机扭矩Q、动力涡沦转速Npt、动力涡轮前温度ITT、压气机转速Ng、大气温度Tamb以及压力高度Hp分别对应估值
其中,xi为所述准稳态数据段的数据为[x1 … xn],数据的估值;ωi为权重系数,通过如下公式(2)得到:
其中,Δi所述准稳态数据段中每个数据点的偏离量,通过如下公式(3)得到:
其中,σ为方差,通过如下公式(4)得到:
步骤三、根据如下公式(5)、(6)、(7)计算标准状态下发动机的功率PwN、动力涡轮前温度ITTN(K)以及压气机转速NgN:
其中,θ为温度比;Δ为压力比;Pw参考为100%扭矩对应的主减输出功率;Npt参考为100%扭矩对应的发动机动力涡沦转速;
步骤四、根据如下公式(8)、(9)计算求得标准状态发动机的实际功率与预期功率之差:
ΔPwN(ITTN)=PwN(ITTN)-Pw预期(ITTN) (8);
ΔPwN(NgN)=PwN(NgN)-Pw预期(NgN) (9);
Pw预期(ITTN)为动力涡轮前温度为ITTN对应的发动机最低保障性能,Pw预期(NgN)为压气机转速NgN对应的发动机最低保障性能;
步骤五、当步骤四中的差值ΔPwN小于预定值时,给出发动机功率异常的告警。
可选的,在所述步骤二中,方差σ是通过如下公式(10)推导得到:
可选的,在所述步骤三中,压力比Δ根据如下公式(11)得到:
可选的,在所述步骤三中,温度比θ根据如下公式(12)得到:
可选的,所述预定时间间隔为10s。
可选的,在所述步骤五中,所述预定值大于0。
发明效果:
本发明的涡轴发动机功率状态监控方法,可实时监测发动机功率状态,具有及时、准确、可靠等优点,可取代传统的发动机功率保证检查试验,节约时间,节省人力、物力。
附图说明
图1是本发明涡轴发动机功率状态监控方法步骤流程图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中,自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
下面结合附图1对本发明涡轴发动机功率状态监控方法做进一步详细说明。
本发明提供了一种涡轴发动机功率状态监控方法,包括如下步骤:
步骤一、判断发动机功率状态所需的主要参数为发动机扭矩Q(%)、动力涡沦转速Npt(r/min)、动力涡轮前温度ITT(℃)、压气机转速Ng(r/min)、大气温度Tamb(℃)以及压力高度Hp(m),因此,测量预定时间间隔范围内上述各参数的所有数据,再分别选取各参数对应的最大值和最小值,以最大值和最小值的差值作为变化量,分别为ΔQ、ΔNpt、ΔITT、ΔNg、ΔTamb、ΔHp,并判断当ΔQ、ΔNpt、ΔITT、ΔNg、ΔTamb、ΔHp分别小于预定变化量εi(i=1,2,3,4,5,6)时,将上述所有数据作为准稳态数据段。本实施例中,优选在直升机飞行过程中,实时记录各飞行参数,任意10s(即测量预定时间间隔)内各参数的变化量εi(i=1,2,3,4,5,6)满足式(1)~式(6),则此段时间内的数据可以作为判断发动机的功率状态的准稳态数据。
具体变化量公式如下:
ΔQ=Qmax-Qmin<ε1;
ΔNpt=Nptmax-Nptmin<ε2;
ΔITT=ITTmax-ITTmin<ε3;
ΔNg=Ngmax-Ngmin<ε4;
ΔTmab=Tmabmax-Tmabmin<ε5;
ΔHp=Hpmax-Hpmin<ε6。
步骤二、根据如下公式(1)分别对准稳态数据段进行估值:
得到发动机扭矩Q、动力涡沦转速Npt、动力涡轮前温度ITT、压气机转速Ng、大气温度Tamb以及压力高度Hp分别对应估值
其中,xi为准稳态数据段的数据为[x1 … xn],数据的估值;ωi为权重系数,通过如下公式(2)得到:
其中,Δi所述准稳态数据段中每个数据点的偏离量,通过如下公式(3)得到:
其中,σ为方差,方差σ是通过如下公式(10)推导得到:
σ公式(4)如下:
步骤三、根据如下公式(5)、(6)、(7)计算标准状态下(压力高度0m、大气温度15℃)发动机的功率PwN、动力涡轮前温度ITTN以及压气机转速NgN:
其中,θ为温度比;Δ为压力比;Pw参考为100%扭矩对应的主减输出功率;Npt参考为100%扭矩对应的发动机动力涡沦转速;
其中,压力比Δ根据如下公式(11)得到:
温度比θ根据如下公式(12)得到:
步骤四、根据如下公式(8)、(9)计算求得任意时刻发动机的实际输出功率与预期功率之差:
ΔPwN(ITTN)=PwN(ITTN)-Pw预期(ITTN) (8);
ΔPwN(NgN)=PwN(NgN)-Pw预期(NgN) (9);
Pw预期(ITTN)为动力涡轮前温度为ITTN对应的发动机最低保障性能,Pw预期(NgN)为压气机转速NgN对应的发动机最低保障性能。
步骤五、当步骤四中的差值ΔPwN小于预定值时,给出发动机功率异常的告警。本实施例中,优选预定值大于0。
本发明涡轴发动机功率状态监控方法,实时显示发动机实际功率与预期功率之差,如果该差值小于预先设定的某一数值,则给出发动机功率异常的告警,具有及时、准确、可靠等优点,可取代传统的发动机功率保证检查试验,节约时间,节省人力、物力。
本发明涡轴发动机功率状态监控方法具体算例如下:
测得如下长度为10秒的数据,如下表所示:
表1长度为10秒的算例数据
1)、准稳态数据识别:
求得各数据项在10秒内的最大值和最小值如下表所示,可判断算例数据满足阈值要求,为准稳态数据:
表2各数据项10秒内的最大值和最小值
表3各数据项10秒内是否为准稳态判断结果
2)、估值计算方法
以动力涡轮前温度ITT数据为例,求其估值;
对数据的估值为对于第一次迭代可以用算术平均替代,即:
则可求得数据对当前估值的方差为:
计算每个数据点的偏离量Δi和权重系数ωi,对每个数据点xi的偏移量和权重系数如下表所示:
表4第一次迭代计算得到动力涡轮前温度ITT数据偏移量和权重系数
则新的数据估值为:
经过迭代后,得到动力涡轮前温度的估值为695.96℃,各数据点对应的偏移量和权重系数如下表所示:
表5迭代收敛后得到动力涡轮前温度ITT数据偏移量和权重系数
表6各数据项10秒内的估值:
3)、发动机功率异常告警:
根据上述求得的估值,可以求得标准状态(压力高度0m、大气温度15℃)发动机的功率PwN(kW)、动力涡轮前温度ITTN(K)和压气机转速NgN(r/min),其中100%扭矩对应的主减输出功率Pw参考为1300kW,100%扭矩对应的发动机动力涡沦转速Npt参考为100%。
已知预期功率Pw预期(ITTN)为552kW,Pw预期(NgN)为560kW。
因此,实际功率与预期功率之差为:
ΔPwN(ITTN)=PwN(ITTN)-Pw预期(ITTN)=10.76kW;
ΔPwN(NgN)=PwN(NgN)-Pw预期(NgN)=18.765kW;
该差值ΔPwN小于预先设定的数值,无需给出发动机功率异常的告警。
综上所述,本发明的涡轴发动机功率状态监控方法,先基于现有试飞数据的统计结果,建立更符合试飞实际的估值计算方法;再实时显示发动机实际功率与预期功率;最终及时给出发动机功率异常的告警。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种涡轴发动机功率状态监控方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、测量预定时间间隔范围内发动机扭矩Q、动力涡沦转速Npt、动力涡轮前温度ITT、压气机转速Ng、大气温度Tamb以及压力高度Hp各参数的所有数据,再分别选取各参数对应的最大值和最小值,以最大值和最小值的差值作为变化量,分别为ΔQ、ΔNpt、ΔITT、ΔNg、ΔTamb、ΔHp,并判断当ΔQ、ΔNpt、ΔITT、ΔNg、ΔTamb、ΔHp分别小于预定变化量εi(i=1,2,3,4,5,6)时,将上述所有数据作为准稳态数据段;
步骤二、根据如下公式(1)分别对所述准稳态数据段进行估值:
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得到发动机扭矩Q、动力涡沦转速Npt、动力涡轮前温度ITT、压气机转速Ng、大气温度Tamb以及压力高度Hp分别对应估值
其中,xi为所述准稳态数据段的数据为[x1 … xn],数据的估值;ωi为权重系数,通过如下公式(2)得到:
<mrow>
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<mi>i</mi>
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其中,Δi所述准稳态数据段中每个数据点的偏离量,通过如下公式(3)得到:
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其中,σ为方差,通过如下公式(4)得到:
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步骤三、根据如下公式(5)、(6)、(7)计算标准状态下发动机的功率PwN、动力涡轮前温度ITTN以及压气机转速NgN:
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<mo>;</mo>
</mrow>
其中,θ为温度比;Δ为压力比;Pw参考为100%扭矩对应的主减输出功率;Npt参考为100%扭矩对应的发动机动力涡沦转速;
步骤四、根据如下公式(8)、(9)计算求得标准状态发动机的实际功率与预期功率之差:
ΔPwN(ITTN)=PwN(ITTN)-Pw预期(ITTN) (8);
ΔPwN(NgN)=PwN(NgN)-Pw预期(NgN) (9);
Pw预期(ITTN)为动力涡轮前温度为ITTN对应的发动机最低保障性能,Pw预期(NgN)为压气机转速NgN对应的发动机最低保障性能;
步骤五、当步骤四中的差值ΔPwN小于预定值时,给出发动机功率异常的告警。
2.根据权利要求1所述的涡轴发动机功率状态监控方法,其特征在于,在所述步骤二中,方差σ是通过如下公式(10)推导得到:
<mrow>
<mover>
<mi>x</mi>
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3.根据权利要求1所述的涡轴发动机功率状态监控方法,其特征在于,在所述步骤三中,压力比Δ根据如下公式(11)得到:
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4.根据权利要求1所述的涡轴发动机功率状态监控方法,其特征在于,在所述步骤三中,温度比θ根据如下公式(12)得到:
<mrow>
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<mn>273.15</mn>
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5.根据权利要求1所述的涡轴发动机功率状态监控方法,其特征在于,所述预定时间间隔为10s。
6.根据权利要求1所述的涡轴发动机功率状态监控方法,其特征在于,在所述步骤五中,所述预定值大于0。
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