CN108344579A - 航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证方法及系统，属于航空发动机故障诊断技术领域，航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证系统，包括：涡扇发动机模拟器、控制器模块、发动机信号处理模块、控制器信号处理模块、气路部件故障诊断模块、监控显示模块以及物理系统。本发明中的半物理验证平台对缩短航空发动机气路部件故障诊断系统的研制周期、降低试验风险及成本有着积极促进作用。

Description

航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证方法及系统

技术领域

本发明涉及航空发动机故障诊断领域，尤其涉及航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证方法及系统。

背景技术

航空发动机是飞机的心脏，其性能与可靠性是飞机性能和飞行安全的重要保证。由于其自身是强非线性、结构复杂的时变系统，工作状态恶劣多变，因此属于故障多发系统。在航空发动机服役期间，除了会发生严重的突变故障外，其主要气路部件的性能也会随着循环次数的增加而发生蜕化。因此,及时准确评估部件的健康状况，是实现发动机故障预测、诊断，降低维护费用，提高飞行安全性和可靠性的重要途径。了解发动机的运行状态，掌握发动机的性能状况，是发动机安全可靠工作，降低发动机维护费用的关键。研究表明，气路部件故障占发动机总故障的90％以上，因此，气路部件的故障诊断在发动机健康管理系统中占有重要地位。

典型的发动机气路部件故障诊断系统的验证方法包括全数字仿真和实物验证。全数字仿真搭建数学模型来代替一个系统，基于Simulink等软件在计算机上运行得到数据并进行分析研究，其优点是试验方式灵活且成本较低，同时可以得到一些无法测量的数据，缺点是部分部件的数学模型搭建困难，试验精度和直观性差，与实际有一定的差距，可靠性仍然需要进一步验证。实物验证平台将所设计的方法应用在真实对象上进行试验，优点是直观，结果准确性高，所见即所得，缺点是平台的维护性、仪器费用和人性化等方面不能让人满意，试验的难度和风险较高，开发周期长。如何能够快速高效的验证气路部件故障诊断系统的有效性和精度已经成为发动机领域亟待解决的问题之一。

综上,现有技术中缺乏一种故障诊断方法,成本较低,试验方式灵活,又能够贴近真实情况,仿真结果逼真。

发明内容

本发明提供了航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证方法及系统，用于航空发动机气路部件故障诊断，能够提高试验可靠性，降低试验成本，提高气路部件故障诊断系统验证的有效性。

航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证系统，包括：涡扇发动机模拟器、控制器模块、发动机信号处理模块、控制器信号处理模块、气路部件故障诊断模块、监控显示模块以及物理系统；

发动机模拟器连接发动机信号处理模块，控制器模块连接控制器信号处理模块；

发动机信号处理模块和控制器信号处理模块分别连接物理系统；

发动机模拟器和控制器模块分别连接气路部件故障诊断模块；

发动机模拟器和气动部件故障诊断模块输出信号至监控显示模块，监控显示模块接收并展示发动机模拟器发出的重要截面参数及工作状态，接收并展示部件故障诊断模块发出的发动机部件健康参数，实现性能参数显示、数据存储和告警提示。

进一步的，物理系统包括燃油系统和电传系统,

燃油系统包括:压力油箱、换热器、增压泵、油滤、油针位置执行机构、位置传感器、供油装置、涡轮流量计、阀门、管道及与管道配套的仪表；

电传系统包括:电机、电磁转速传感器、转动轴和电气控制柜。

发动机信号处理模块采集燃油系统中涡轮流量计的电信号，处理后输入至发动机模拟器；控制器信号处理模块采集电传系统的电磁转速传感器电信号，处理后输入至控制器模块。

进一步的，燃油系统的模拟模型为燃油模块,燃油模块包括涡轮流量计、燃油调节器、油路模块、油针位置传感器；

燃油调节器分别连接涡轮流量计、油针位置传感器和油路模块；

涡轮流量计连接发动机信号处理模块，油路模块连接控制器信号处理模块。

在输入油压确定的情况下，燃油调节器根据电机的物理转速和油针物理位置决定物理燃油流量；涡轮流量计测量燃油调节器调节后的油管中燃油流量，以电信号方式传输至信号处理模块；电磁转速传感器测量电传模块中的电机转速，以电信号方式传输至信号处理模块；油针位置传感器测量燃油模块中的油针位置，以电信号方式传输至信号处理模块。

燃油模块接收控制器信号处理模块发出的油针位置驱动电流信号，根据该驱动电流信号驱动电机执行机构，改变油针位置以改变管路内燃油流量，实现燃油信号的物理模拟，并维持燃油调节器前管路内油压恒定。

进一步的，电传系统的模拟模型为电传模块,电传模块包括电机模块、电磁转速传感器，电机模块连接发动机信号处理模块和电磁转速传感器，电磁转速传感器还连接控制器信号处理模块。电传模块接收信号处理模块发出的电机驱动电流信号，根据该驱动电流信号驱动电机模块中的电机执行机构，改变电机转速，实现发动机转速信号的物理模拟。

控制器信号处理模块采集油针位置传感器值，处理后输入至控制器模块；

控制器模块根据发动机模拟器的低压转速值输出，驱动电流信号至电传模块，从而驱动电机执行机构。

控制器模块计算得到油针位置驱动电流值，根据该电流值驱动电流信号至燃油模块，驱动油针位置执行机构。

控制器模块包括发动机转速控制子模块和油针位置控制子模块，发动机转速控制子模块接收信号处理模块处理后的电磁转速传感器信号，与指令转速信号作比较，根据PID控制算法计算出油针位置指令，传输给油针位置控制子模块进而控制发动机转速，实现发动机转速的大闭环控制；油针位置控制子模块接收信号处理模块处理后的油针位置信号，与从发动机转速控制子模块接收的油针位置指令作比较，根据PID控制算法计算出油针位置执行机构的驱动电流值，传输至信号处理模块采样进而控制油针位置，实现油针位置的小闭环控制。

进一步的，监视显示模块和发动机模拟器，监视显示模块和气动部件故障诊断模，采用UDP协议通信。

进一步的，气路部件故障诊断模块和发动机模拟器，气路部件故障诊断模块和控制器模块，采用共享变量连接。

本发明还提供了航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证方法，包括：

S1、所述故障注入子模块生成故障模拟信号，并发送至所述发动机部件级模型子模块；

S2、所述发动机部件级模型子模块通过所述发动机信号处理模块，采集所述燃油系统的燃油量信号；

S3、所述发动机部件级模型子模块根据所述燃油量信号模拟发动机的实时运行状态，得到发动机重要截面参数；

S4、所述气路部件诊断模块采集所述发动机重要截面参数和所述控制器模块发出的发动机转速信号，根据所述发动机重要截面参数和所述发动机转速信号对发动机气路部件健康参数进行估计，得到估计健康参数；

S5、所述气路部件诊断模块将所述估计健康参数发送至所述监控显示模块。

本发明的有益效果是：

本发明采用了将半物理验证平台和物理仿真、数字仿真相结合的方法，将仿真对象系统的一部分以实物方式接入仿真回路，回路中的其余部分仍以数学模型描述；实时数学仿真与物理仿真的联合仿真从实物中实时采集数据，比数字仿真更接近于真实情况，又能解决一些物理仿真无法模拟的问题，逼真度较高；模块化的半物理验证平台在实时仿真环境下，有利于实现数学模型和物理模块之间信号的联系互换，使得验证流程灵活精简。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是发动机气路健康管理系统半物理验证方法的结构及各模块连接图；

图2是涡扇发动机各部件截面图；

图3是控制器模块逻辑图；

图4是气路健康管理系统诊断逻辑图；

图5(a)是油针位置指令和油针位置反馈信号控制效果图；

图5(b)是发动机低压转速指令和反馈信号控制效果图；

图6是转速周期脉冲信号FPAG处理程序图；

图7(a)是风扇效率单故障突变3％诊断效果图；

图7(b)是风扇效率和压气机效率双故障分别突变2％及4％诊断效果图。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本具体实施方式以某型涡扇发动机的气路部件故障诊断系统的验证为例，如图1为基于发动机部件级模型的气路部件故障诊断系统的半物理验证方法结构图，主要包括涡扇发动机模拟器、控制器模块、信号处理模块、气路部件故障诊断模块、监控显示模块以及物理系统，其中物理系统包括电传模块和燃油模块。本专利使用的涡扇发动机主要部件包括进气道、风扇、外涵道、压气机、燃烧室、高压涡轮、低压涡轮、混合室和尾喷管，如图2所示。

发动机模拟器连接发动机信号处理模块，控制器模块连接控制器信号处理模块；发动机信号处理模块和控制器信号处理模块分别连接物理系统；发动机模拟器和控制器模块分别连接气路部件故障诊断模块；发动机模拟器和气动部件故障诊断模块输出信号至监控显示模块，监控显示模块接收并展示发动机模拟器发出的重要截面参数及工作状态，接收并展示部件故障诊断模块发出的发动机部件健康参数，实现性能参数显示、数据存储和告警提示。

物理系统包括燃油系统和电传系统。燃油系统包括:压力油箱、换热器、增压泵、油滤、油针位置执行机构、位置传感器、供油装置、涡轮流量计、阀门、管道及与管道配套的仪表。电传系统包括:电机、电磁转速传感器、转动轴和电气控制柜。

发动机信号处理模块采集燃油系统中涡轮流量计的电信号，处理后输入至发动机模拟器；控制器信号处理模块采集电传系统的电磁转速传感器电信号，处理后输入至控制器模块。

燃油系统的模拟模型为燃油模块,燃油模块包括涡轮流量计、燃油调节器、油路模块、油针位置传感器；燃油调节器分别连接涡轮流量计、油针位置传感器和油路模块；涡轮流量计连接发动机信号处理模块，油路模块连接控制器信号处理模块。

在输入油压确定的情况下，燃油调节器根据电机的物理转速和油针物理位置决定物理燃油流量；涡轮流量计测量燃油调节器调节后的油管中燃油流量，以电信号方式传输至信号处理模块；电磁转速传感器测量电传模块中的电机转速，以电信号方式传输至信号处理模块；油针位置传感器测量燃油模块中的油针位置，以电信号方式传输至信号处理模块。

燃油模块接收控制器信号处理模块发出的油针位置驱动电流信号，根据该驱动电流信号驱动电机执行机构，改变油针位置以改变管路内燃油流量，实现燃油信号的物理模拟，并维持燃油调节器前管路内油压恒定。

电传系统的模拟模型为电传模块,电传模块包括电机模块、电磁转速传感器，电机模块连接发动机信号处理模块和电磁转速传感器，电磁转速传感器还连接控制器信号处理模块。电传模块接收信号处理模块发出的电机驱动电流信号，根据该驱动电流信号驱动电机模块中的电机执行机构，改变电机转速，实现发动机转速信号的物理模拟。

控制器信号处理模块采集油针位置传感器值，处理后输入至控制器模块；

控制器模块根据发动机模拟器的低压转速值输出，驱动电流信号至电传模块，从而驱动电机执行机构。

控制器模块计算得到油针位置驱动电流值，根据该电流值驱动电流信号至燃油模块，驱动油针位置执行机构。

控制器模块包括发动机转速控制子模块和油针位置控制子模块，如图3所示，发动机转速控制子模块接收信号处理模块处理后的电磁转速传感器信号，与指令转速信号作比较，根据PID控制算法计算出油针位置指令，传输给油针位置控制子模块进而控制发动机转速，实现发动机转速的大闭环控制；油针位置控制子模块接收信号处理模块处理后的油针位置信号，与从发动机转速控制子模块接收的油针位置指令作比较，根据PID控制算法计算出油针位置执行机构的驱动电流值，传输至信号处理模块采样进而控制油针位置，实现油针位置的小闭环控制。

监视显示模块和发动机模拟器，监视显示模块和气动部件故障诊断模，采用UDP协议通信。

气路部件故障诊断模块和发动机模拟器，气路部件故障诊断模块和控制器模块，采用共享变量连接。

本发明采用相对效率和相对流通能力作为健康参数来表示部件的健康状态，能够表示部件性能蜕化程度或突变故障程度的效率健康参数和流通能力健康参数定义如下：

此处，下标i＝1,2,3,4分别表示风扇，压气机，高压涡轮和低压涡轮，η_i,W_i是第i个旋转部件的真实的效率和流通能力，W_i ^*是其理想的效率和流通能力。健康参数SE₁,SW₁,SE₂,SW₂,SE₃,SW₃,SE₄,SW₄被标记在图2中对应的部件上。

为了对不可测的健康参数和推力裕度性能参数进行估计，本发明采用的涡扇发动机可测量参数包括转速和部分部件截面出口温度压力。为了保证参考模型输出的测量参数更接近涡扇发动机的真实情况，本发明中加入了高斯测量噪声，各传感器信噪比如表1所示。

表1涡扇发动机测量参数、标称值及信噪比

本发明的本发明的航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证系统，实质是基于卡尔曼算法的发动机机载自适应模型，该模型的搭建方法包括：

(1)根据涡扇发动机各部件工作过程所遵守的气动热力学定律，用一组非线性气动热力学数学方程来描述发动机对象，实现对于发动机动、稳态工作过程的仿真，建立某型双转子涡扇发动机部件级模型，满足稳态精度2％，动态精度5％，并将发动机部件级模型封装为动态链接库(dynamic-link library,DLL)，从而可被Labview调用来模拟真实发动机。

(2)计算发动机部件级稳态模型，以发动机非线性模型各变量计算值作为稳态基准点。在稳态基准点对发动机部件级模型施加扰动输入，包括增广的控制量及状态量，扰动幅值根据变量在稳态点的线性化范围试凑确定，对某一个量施加扰动时强制其余量不变，保存动态响应序列，求取状态变量模型。

(3)航空发动机在服役一段时间后，其气路部件性能会不可避免地发生蜕化，因此在状态变量模型中引入表征气路退化程度的健康参数，建立增广的状态变量模型。

(4)将卡尔曼算法与线性机载模型相结合，设计卡尔曼滤波器。上面的增广状态变量模型中ω表示系统噪声矩阵，υ表示测量噪声矩阵，其方差分别为Q和R，Q是状态变量模型精度的度量，R是发动机传感器测量精度的度量。经过卡尔曼滤波器估计后的最优状态估计为:

其中K为卡尔曼增益矩阵，K＝P(C M)^TR^-1，P为如下Riccati方程的解。

发动机模拟器，可以模拟发动机的各种气路部件故障，同时可以输出发动机测量参数。发动机模拟器硬件采用一台由NI PXI-1042Q机箱搭载的NI PXI-8109计算机，开发环境为Windows系统,软件采用Labview图形化开发平台。故障模拟子模块模拟发动机气路部件由于叶片弯曲、外物损伤、疲劳、腐蚀等造成的故障，风扇、压气机、涡轮等部件流通能力和效率的蜕化，并将故障注入发动机部件级模型，使其能反映多种故障下的发动机工况。发动机模型子模块用非线性部件级发动机模型，负责根据控制量及故障模拟子模块模拟的故障量，计算并输出发动机的各截面测量参数，与故障模拟子模块共同组成发动机模拟器。

气路部件故障诊断模块的硬件采用普通PC机，开发环境为Windows操作系统,软件平台为Labview图形化开发平台。故障诊断系统的诊断原理如图4所示，以已建立的发动机线性模型为基础，设计航空发动机气路故障诊断模块，卡尔曼滤波器根据发动机模拟器发出的发动机重要截面参数y以及发动机机载线性模型发出的发动机重要截面参数的偏离量r估计发动机状态量Δx和Δp，并对发动机线性模型中的健康参数进行修正，保证了发动机线性模型对发动机对象的自适应跟踪。卡尔曼滤波器估计得到的状态量包括发动机的气路性能参数，即可在线获得发动机的性能蜕化量，并将估计得到的健康参数通过UDP通信方式传输至监控显示模块。

发动机信号处理模块和控制器信号处理模块统称为信号处理模块，包括信号采集板卡和信号处理程序，信号处理模块负责采集燃油系统涡轮流量计的电信号，并在处理后输入至发动机模拟器；采集电传系统的电磁转速传感器电信号，并在处理后输入至控制器模块；采集油针位置传感器值，并在处理后输入至控制器模块；根据发动机模拟器的低压转速值输出驱动电流信号，驱动电机执行机构；根据控制器计算得出的油针位置驱动电流值输出驱动电流信号，驱动油针位置执行机构。油针位置小闭环控制回路的稳定控制是转速系统大闭环控制回路能稳定控制的前提与基础，所以参数整定过程中必须先断开转速系统大闭环控制回路，先进行油针位置小闭环控制回路的PID参数整定，确保油针位置小闭环控制回路的稳定工作之后才能继续进行转速系统大闭环控制回路的PID参数整定工作。油针位置小闭环控制回路的PID控制参数整定后的控制效果如图5(a)所示，转速系统大闭环控制回路的PID控制参数整定后的控制效果如图5(b)所示。

该模块的实时传输及数模转换功能是数字仿真所不具备的，是本发明的半物理验证平台的重要环节。信号处理模块中以上各功能的实现方式为：

(1)为了实现采集燃油系统涡轮流量计的电信号，信号处理模块配备了PXI板卡6624，该板卡能够进行数字通道输入输出采样，采集到Flow Technology公司的FTI FT系列涡轮流量计PA03-3-A-0000-9的转速周期信号，以队列方式编程处理得到涡轮流量计的转速值，并经过该传感器的转速流量标定表插值得到燃油流量值，将该转速流量值通过局部变量方式传输到发动机模拟器中。

(2)为了实现采集电传系统电磁转速传感器电信号，信号处理模块配备了CRIO板卡9401，该板卡能够以计数器方式进行频率信号采集。转速传感器将发动机的转速信号转变为了周期的脉冲信号，由于发动机的转速信号变化非常大，信号的幅值变化也很大，既要保证低转速时足够的放大倍数，又要对高转速时进行限幅。为了提高转速信号的抗干扰能力，对信号处理电路和数字电路进行隔离并将信号整形成方波信号，转速信号分别经过限幅、放大、整形、隔离，最后供板卡9401采集。转速方波信号FPGA处理程序如图6所示。采集后的转速信号经过程序处理得到转速值，并将转速值通过局部变量方式输入到控制器模块。

(3)为了采集油针位置传感器信号，信号处理模块配备了CRIO板卡9205，该板卡能够进行模拟电压信号输入采样。油针位置传感器将油针位置转换成了电压值，板卡9205采集该电压值，通过FPGA编程处理得到当前油针位置值，通过局部变量的方式传输至控制器模块。

(4)为了输出驱动电流信号来驱动电机执行机构，信号处理模块配备了PXI板卡6722，该板卡能够模拟电压信号输出采样。编写处理程序将从发动机模拟器得到的低压转速值转换成为电压值，该电压值经过放大器输出驱动电流以驱动电机执行机构。

(5)为了输出驱动电流信号来驱动油针位置执行机构，信号处理模块配备了CRIO板卡9263，该板卡能够模拟电压信号输入采样。以FPGA方式编写处理程序将从控制器模块得到的位置驱动电流信号转换成为电压值，该电压值经过放大器输出驱动电流以驱动电机执行机构。

共享变量通信是通过使用基于UDP协议的NI-PSP协议实现，该通信方式使用方便，具有全局变量的所有特性，可以在不同VI之间传递数据，同时避免了全局变量数据竞争的问题。此外，NI-PSP协议增加了一层保证数据传输可靠性的机制，避免了数据传输的丢失问题。UDP是ISO参考模型位于传输层的一种无连接的传输层协议，传输速度最好，速率高。LabVIEW中UDP已经对TCP/IP协议进行了封装，利用其可以很方便地实现网络通信，但在使用UDP通信时必须把其他数据类型转换为字符数据串的格式。

燃油系统实物包括压力油箱、换热器、增压泵、油滤、油针位置执行机构、位置传感器、供油装置、涡轮流量计、各个阀门、管道以及仪表，燃油系统的运行过程为：油路模块为了满足燃油调节器附近进口燃油压力的要求，压力油箱可以连接大气或者真空泵，本发明选择与大气连接，通过压力油箱、油滤和增压泵为燃油调节器提供洁净的具有一定压力条件的燃油，提供给燃油调机器输入端。在输入油压确定的情况下，燃油调节器根据电机物理转速和油针物理位置决定物理燃油流量并输出，油路模块根据从信号处理模块接收到的油针位置驱动电流信号放大后来驱动燃油调机器中的油针位置执行机构，改变油针位置以改变管路内燃油流量，实现燃油流量信号的物理模拟。油针位置传感器测得燃油调节器中的油针位置信号并以电信号方式传输至信号处理模块，实现油针位置小闭环控制。涡轮流量计测得燃油调节器后管路里的燃油流量并以电信号方式输送至信号处理模块。

电传系统包括电机、电磁转速传感器和传动轴等，电传系统的运行过程为：电传模块根据从信号处理模块接收到的电机驱动电流信号放大后驱动电机物理转速，实现对发动机低压转速信号的物理模拟。电机为燃油调节器的运转提供动力源。电磁转速传感器测量电机的物理转速周期脉冲信号并以电信号方式传输至信号处理模块。

本发明还提供了航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证方法，包括：

S1、所述故障注入子模块生成故障模拟信号，并发送至所述发动机部件级模型子模块；

S2、所述发动机部件级模型子模块通过所述发动机信号处理模块，采集所述燃油系统的燃油量信号；

S3、所述发动机部件级模型子模块根据所述燃油量信号模拟发动机的实时运行状态，得到发动机重要截面参数；

S4、所述气路部件诊断模块采集所述发动机重要截面参数和所述控制器模块发出的发动机转速信号，根据所述发动机重要截面参数和所述发动机转速信号对发动机气路部件健康参数进行估计，得到估计健康参数；

S5、所述气路部件诊断模块将所述估计健康参数发送至所述监控显示模块。

对燃油系统小闭环及发动机转速大闭环这两个回路进行半物理仿真试验。通过该平台验证发动机气路部件故障诊断系统的气路性能估计能力与故障诊断能力。图7(a)给出了风扇效率SE1单故障时突变3％时的诊断效果。图7(b)给出了风扇效率SE1和压气机效率SE2双故障分别突变2％和4％时的诊断效果。

仿真平台的结果与软件数字仿真的结果在定量上有着微量的差异，这部分误差主要由数据采集设备，数据转换与传输中的干扰所引起。这些问题在实际中是无法避免的，整体而言，平台可以满足航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证需求。

本发明的有益效果包括：

(1)本发明采用了将半物理验证平台和物理仿真、数字仿真相结合的方法，将仿真对象系统的一部分以实物方式接入仿真回路，回路中的其余部分仍以数学模型描述；实时数学仿真与物理仿真的联合仿真从实物中实时采集数据，比数字仿真更接近于真实情况，又能解决一些物理仿真无法模拟的问题，逼真度较高；模块化的半物理验证平台在实时仿真环境下，有利于实现数学模型和物理模块之间信号的联系互换，使得验证流程灵活精简。

(2)本发明设计了航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证平台及系统的总体结构，提出了LABVIEW环境下的开发方案，实现了发动机气路部件故障诊断系统验证中核心部件燃油系统和电传系统的实物化，提高了验证精度，缩短了开发周期，降低了开发和验证的成本；

(3)本发明设计了信号处理模块，采用FPGA技术采集各传感器信号并处理后分别将信号传送至各模块，实现多通道并行处理及实时传输特性，有效提高了发动机气路健康管理系统的实时性；

(4)本发明采用模块化的思想搭建半物理验证平台的各个子模块，在实时仿真环境下，有利于实现数学模型和物理模块之间信号的联系互换，使得验证过程的设计更方便，流程更简约，平台更适用。

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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证系统，其特征在于，包括：

涡扇发动机模拟器、控制器模块、发动机信号处理模块、控制器信号处理模块、气路部件故障诊断模块、监控显示模块以及物理系统；

所述发动机模拟器连接所述发动机信号处理模块，所述控制器模块连接所述控制器信号处理模块；

所述发动机信号处理模块和所述控制器信号处理模块分别连接所述物理系统；

所述发动机模拟器和所述控制器模块分别连接所述气路部件故障诊断模块；

所述发动机模拟器和所述气动部件故障诊断模块输出信号至监控显示模块。

2.根据权利要求1所述的航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证系统，其特征在于，所述物理系统包括燃油系统和电传系统,

所述燃油系统包括:压力油箱、换热器、增压泵、油滤、油针位置执行机构、位置传感器、供油装置、涡轮流量计、阀门、管道及与所述管道配套的仪表;

所述电传系统包括: 电机、电磁转速传感器、转动轴和电气控制柜。

3.根据权利要求2所述的航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证系统，其特征在于，所述燃油系统的模拟模型为燃油模块,所述燃油模块包括涡轮流量计、燃油调节器、油路模块、油针位置传感器;

所述燃油调节器分别连接所述涡轮流量计、所述油针位置传感器和油路模块；

所述涡轮流量计连接所述发动机信号处理模块，所述油路模块连接所述控制器信号处理模块。

4.根据权利要求2所述的航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证系统，其特征在于，所述电传系统的模拟模型为电传模块,所述电传模块包括电机模块、电磁转速传感器，所述电机模块连接所述发动机信号处理模块和所述电磁转速传感器，所述电磁转速传感器还连接所述控制器信号处理模块。

5.根据权利要求1所述的航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证系统，其特征在于，所述监视显示模块和所述发动机模拟器，所述监视显示模块和所述气动部件故障诊断模，采用UDP协议通信。

6.根据权利要求1所述的航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证系统，其特征在于，所述气路部件故障诊断模块和所述发动机模拟器，所述气路部件故障诊断模块和所述控制器模块，采用共享变量连接。

7.根据权利要求1所述的航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证系统，其特征在于，所述发动机模拟器模块包括发动机部件级模型子模块和故障注入子模块。

8.航空发动机气路部件故障诊断的半物理验证方法，其特征在于，包括：

S1、所述故障注入子模块生成故障模拟信号，并发送至所述发动机部件级模型子模块;

S2、所述发动机部件级模型子模块通过所述发动机信号处理模块，采集所述燃油系统的燃油量信号；

S3、所述发动机部件级模型子模块根据所述燃油量信号模拟发动机的实时运行状态，得到发动机重要截面参数；

S4、所述气路部件诊断模块采集所述发动机重要截面参数和所述控制器模块发出的发动机转速信号，根据所述发动机重要截面参数和所述发动机转速信号对发动机气路部件健康参数进行估计，得到估计健康参数；

S5、所述气路部件诊断模块将所述估计健康参数发送至所述监控显示模块。