CN114608833B - 涡扇发动机低压轴断裂检测方法及系统、涡扇发动机 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种涡扇发动机低压轴断裂检测方法及系统、涡扇发动机，其中，检测方法包括：根据检测的发动机转速信号得出加速率信号，提取识别低压轴断裂的第一特征L1；根据检测的温度信号和转速信号合成换算转速值，并通过比较高压换算转速和低压换算转速的转速差，提取识别低压轴断裂的第二特征L2；将压比变化率与预设压比变化率阈值比较，提取识别低压轴断裂的第三特征L3；将所述第一特征L1、第二特征L2和第三特征L3进行逻辑判断，以识别出低压轴断裂故障。
Description
技术领域
本公开涉及航空发动机故障诊断技术领域，尤其涉及一种涡扇发动机低压轴断裂检测方法及系统、涡扇发动机。
背景技术
对于航空涡扇发动机，连接涡轮和压气机的传动轴断裂时，将引起发动机的严重结构损坏。不仅导致发动机失去推力和工作能力，而且传动轴断裂后，失去压气机约束的涡轮将急剧飞转，转速很快超过正常工作转速，可能导致涡轮叶片或盘的破裂。高速飞出的碎片容易造成发动机进一步损伤，甚至导致机毁人亡的灾难性事故。
常见的涡扇发动机具备高压轴和低压轴。由于低压轴连接的低压涡轮叶片更长、尺寸更大，断轴后低压涡轮飞转导致的后果可能更严重。而当低压轴断裂后，风扇转速和发动机推力均急剧下降，这会导致控制系统在闭环控制模式下增加燃油，以期望补充转速的下降。增多的燃油会导致涡轮超温和转速增加，进一步导致后果恶化。为此，发动机低压轴断轴在线检测和处理是必须的。
在发动机试验台上，可以采用多种多样的传感器或监视装置来检测断轴故障。但在航线飞行中，只能采用发动机机载的有限的转速、温度或压力信号进行断轴检测。
发明内容
本公开的实施例提供了一种涡扇发动机低压轴断裂检测方法及系统、涡扇发动机，能够提高发动机在飞行过程中的安全性。
根据本公开的第一方面，提供了一种涡扇发动机低压轴断裂检测方法，包括：
根据检测的发动机转速信号得出加速率信号，提取识别低压轴断裂的第一特征L1；
根据检测的温度信号和转速信号合成换算转速值，并通过比较高压换算转速和低压换算转速的转速差，提取识别低压轴断裂的第二特征L2；
将压比变化率与预设压比变化率阈值比较，提取识别低压轴断裂的第三特征L3；
将第一特征L1、第二特征L2和第三特征L3进行逻辑判断，以识别出低压轴断裂故障。
在一些实施例中，根据检测的发动机转速信号得出加速率信号，提取识别低压轴断裂的第一特征L1的步骤包括：
计算低压轴转速信号N1的一阶时间导数N1dot和高压轴转速信号N2的一阶时间导数N2dot；
在N1dot<N1dotthd时开始计时，计时起点时间确定为t1，并设定第一计时周期Tk，N1dotthd为第一预设阈值；
在第一计时周期Tk内，判断N2dot>N2dotthd是否成立，如果成立则判断第一特征L1为真，即L1＝1，否则判断第一特征L1为假，即L1＝0，N2dotthd为第二预设阈值。
在一些实施例中，第一预设阈值N1dotthd由高压换算转速N2R和发动机进口总压P2二维插值确定；和/或第二预设阈值N2dotthd由高压换算转速N2R和发动机进口总压P2二维插值确定。
在一些实施例中，根据检测的温度信号和转速信号合成换算转速值，并通过比较高压换算转速和低压换算转速的转速差，提取识别低压轴断裂的第二特征L2的步骤包括：
计算低压换算转速N1R和高压换算转速N2R；
通过低压换算转速N1R和马赫数Ma插值计算第三预设阈值N2Rthd，第三预设阈值N2Rthd对应于正常转速差限制曲线；
将高压换算转速N2R与第三预设阈值N2Rthd比较，判断高压换算转速N2R>N2Rthd是否成立，如果成立则判断第二特征L2为真，即L2＝1，否则判断第二特征L2为假，即L2＝0。
在一些实施例中，低压换算转速N1R＝N1/^0.5，高压换算转速N2R＝N2/^0.5；
其中，T2为发动机进口总温，T25高压压气机进口总温。
在一些实施例中，预设压比变化率阈值包括第四预设阈值DTRQDts1和第五预设阈值DTRQDts2；将压比变化率与预设压比变化率阈值比较，提取识别低压轴断裂的第三特征L3的步骤包括：
在第二计时周期Tk1内判断压比P25/P2的变化趋势，若高压压比P25/P2逐渐减小，且压比减速率低于第四预设阈值DTRQDts1，即d(P25/P2)/dt<DTRQDts1；或者低压压比P45/P2逐渐增加，且压比加速率高于第五预设阈值DTRQDts2，即d(P45/P2)/dt>DTRQDts2，则判断第三特征L3为真，即L3＝1，否则判断第三特征L3为假，即L3＝0；
其中，P2为发动机进口总压，P25为高压压气机进口总压，P45为低压涡轮进口总压。
在一些实施例中，第四预设阈值DTRQDts1由高压换算转速N2R和发动机进口总压P2二维插值确定；和/或
第五预设阈值DTRQDts2由高压换算转速N2R和发动机进口总压P2二维插值确定。
在一些实施例中，将第一特征L1、第二特征L2和第三特征L3进行逻辑判断，以识别出低压轴断裂故障的步骤包括：
判断(L1+L2)*L3>0是否成立，如果成立则判定发生了低压轴断轴故障，否则判定未发生低压轴断轴故障。
在一些实施例中，采用测量的环境静压P0等效为发动机进口总压P2；或者采用测量的环境静压P0与马赫数Ma计算发动机进口总压P2。
根据本公开的第二方面，提供了一种涡扇发动机低压轴断裂检测系统，用于执行上述实施例的涡扇发动机低压轴断裂检测方法。
根据本公开的第三方面，提供了一种涡扇发动机低压轴断裂检测系统，包括：
参数测量模块，包括：用于检测发动机转速的转速检测部件、用于检测发动机温度的温度检测部件和用于检测发动机工作压力的压力检测部件；
判据计算模块，被配置为根据检测的发动机转速信号得出加速率信号，提取识别低压轴断裂的第一特征L1；根据检测的温度信号和转速信号合成换算转速值，并通过比较高压换算转速和低压换算转速的转速差，提取识别低压轴断裂的第二特征L2；以及将压比变化率与预设压比变化率阈值比较，提取识别低压轴断裂的第三特征L3；和
断轴判断模块，被配置为将第一特征L1、第二特征L2和第三特征L3进行逻辑判断，以识别出低压轴断裂故障。
根据本公开的第四方面，提供了一种用于涡扇发动机，包括上述实施例的涡扇发动机低压轴断裂的检测系统。
本公开实施例的涡扇发动机低压轴断裂检测方法，根据低压轴断裂时发动机的工作特征，同时提取三个特征综合判断低压轴故障的量化参数，并结合断轴后高低压转子加速率随着时间变化趋势、高低压转速变化与稳态、停车、熄火、喘振等工况的不同，可准确地判定出低压轴故障，降低故障检测的虚警率和漏检率，从而提高发动机工作安全性和飞行安全性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1为涡扇发动机低压轴断裂检测的一些实施例的流程图；
图2为本公开涡扇发动机低压轴断裂检测系统的一些实施例的模块组成示意图；
图3为图2中参数测量模块所检测物理量的结构示意图；
图4为N1dot计算模块的实施流程示意图；
图5为N2dot计算模块的实施流程示意图；
图6为N2R计算模块的实施流程示意图；
图7为N1R计算模块的实施流程示意图；
图8为提取第一特征的一些实施例的流程示意图；
图9为提取第一特征的实施原理示意图；
图10为提取第二特征的一些实施例的流程示意图；
图11为提取第二特征的实施原理示意图；
图12为提取第三特征的一些实施例的流程示意图；
图13为提取第三特征的实施原理示意图；
图14为通过第一特征、第二特征和第三特征综合判定低压轴发生故障的流程示意图。
具体实施方式
以下详细说明本公开。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。
本公开中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”和“右”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，而不是指示或暗示所指的装置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。
对于涡扇发动机而言，低压轴是双轴涡扇发动机内部连接低压涡轮和低压压气机的传动轴。低压轴一端连接低压涡轮，另一端连接低压压气机，即风扇和增压级，低压涡轮产生的功和扭矩通过低压轴传递给风扇和增压级部件。高压轴：双轴涡扇发动机内部连接高压涡轮和高压压气机的传动轴。高压轴一端连接高压涡轮，另一端连接高压压气机，高压涡轮产生的功和扭矩通过高压轴传递给高压压气机部件。
首先，本公开提供了一种涡扇发动机低压轴断裂检测方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤110、根据检测的发动机转速信号得出加速率信号，提取识别低压轴断裂的第一特征L1；
步骤120、根据检测的温度信号和转速信号合成换算转速值，并通过比较高压换算转速和低压换算转速的转速差，提取识别低压轴断裂的第二特征L2；
步骤130、将压比变化率与预设压比变化率阈值比较，提取识别低压轴断裂的第三特征L3；
步骤140、将第一特征L1、第二特征L2和第三特征L3进行逻辑判断，以识别出低压轴断裂故障。
其中，在步骤110中，在低压轴断裂时，由于负载的突然减小，发动机转速的加速率也会突然增大；在步骤120中，由于轴断裂造成低压轴转速和高压轴转速的转差关系超出正常工作范围；在步骤103中，在低压轴断裂时，在短时间内温度变化可能不会太快，但是发动机的压比会急剧增大。
该实施例能够利用涡扇发动机上已有的传感器采集转速、温度和压力等容易获取的信号，实现低压轴断裂故障的在线实时检测，实现机载故障诊断。进一步地，上述在检测故障时获得的多个量化参数，可以在飞行过程中进行存储，并在飞行结束后根据量化参数进行故障研究。
该实施例根据低压轴断裂时发动机的工作特征，同时提取三个特征综合判断低压轴故障的量化参数，并结合断轴后高低压转子加速率及时序关系、高低压转速变化与稳态、停车、熄火、喘振等工况的不同，可准确地判定出低压轴故障，降低故障检测的虚警率和漏检率，从而提高发动机工作安全性和飞行安全性。
此种方法亦可用于地面燃气轮机和船用燃气轮机的断轴判断，有利于提高燃气轮机运行安全。
此种方法亦可用于航空发动机的整机台架试验中，用于判断并监视低压轴断裂故障的发生，有利于提高试验安全水平，减少试验数据挖掘难度。
上述步骤可通过机载控制器或地面控制器执行，如图2所示，控制器包括参数测量模块100、判据计算模块200和断轴判断模块300。其中，参数测量模块100被配置为获取各传感器检测的信号，判据计算模块200被配置为执行110-130，断轴判断模块300被配置为将第一特征L1、第二特征L2和第三特征L3进行逻辑判断，以识别出低压轴断裂故障。
如图3所示，参数测量模块100用于在线测量的高压轴转速信号N2、低压轴转速信号N1、高压压气机进口总温T25、发动机进口总温T2、发动机进口总压P2、高压压气机进口总压P25、低压涡轮进口总压P45以及飞行马赫数Ma，进行低压轴断轴故障的特征提取和检测。对于地面燃气轮机、船用燃气轮机和航空发动机的地面试验，可将飞行马赫数Ma设置为0。
在一些实施例中，如图8所示，步骤110根据检测的发动机转速信号得出加速率信号，提取识别低压轴断裂的第一特征L1包括：
步骤110A、计算低压轴转速信号N1的一阶时间导数N1dot和高压轴转速信号N2的一阶时间导数N2dot；其中，N1dot＝dN1/dt，N2dot＝dN2/dt；如图4所示，N1dot通过N1dot计算模块执行，如图5所示，N2dot通过N2dot计算模块执行。
步骤110B、在N1dot<N1dotthd时开始计时，计时起点时间确定为t1，并设定第一计时周期Tk，其中，N1dotthd为第一预设阈值，例如，Tk范围为0～2s；
步骤110C、在第一计时周期Tk内，判断N2dot>N2dotthd是否成立，如果成立则判断第一特征L1为真，即L1＝1；否则判断第一特征L1为假，即L1＝0，其中，N2dotthd为第二预设阈值。对于L1＝0的情况，包括N1dot≥N1dotthd和N2dot≤N2dotthd。
该实施例能够从转速信号中提取高压轴转速和低压轴转速的一阶导数，得到迅速变化的加速率信号，进而识别低压轴断裂的第一特征L1。图9示意出了N1dot和N2dot的曲线示意图，A为N1dot曲线上的点，B为N2dot曲线上的点，如果高压轴转速或低压轴转速的一阶导数位于这两条曲线之间，则说明发动机未发生低压轴断裂，如果在计时周期内，低压轴转速信号N1的一阶时间导数N1dot位于A点所对应的阈值之下，或者高压轴转速信号N2的一阶时间导数N2dot位于B点所对应的阈值之上，则说明有可能出现低压轴断裂故障。
进一步地，如图8所示，第一预设阈值N1dotthd由高压换算转速N2R和发动机进口总压P2二维插值确定；和/或第二预设阈值N2dotthd由高压换算转速N2R和发动机进口总压P2二维插值确定。其中，高压换算转速N2R＝N2/(T25/288.15)^0.5。
在一些实施例中，如图10所示，步骤120根据检测的温度信号和转速信号合成换算转速值，并通过比较高压换算转速和低压换算转速的转速差，提取识别低压轴断裂的第二特征L2包括：
步骤120A、计算低压换算转速N1R和高压换算转速N2R；其中，低压换算转速N1R＝N1/(T2/288.15)^0.5，高压换算转速N2R＝N2/(T25/288.15)^0.5；如图6所示，可通过N2R计算模块计算N2R，如图7所示，可过N1R计算模块计算N1R；
步骤120B、通过低压换算转速N1R和马赫数Ma插值计算第三预设阈值N2Rthd，第三预设阈值N2Rthd对应于正常转速差限制曲线；
步骤120C、将高压换算转速N2R与第三预设阈值N2Rthd比较，判断高压换算转速N2R>N2Rthd是否成立，如果成立则判断第二特征L2为真，即L2＝1，否则判断第二特征L2为假，即L2＝0。
其中，T2为发动机进口总温，T25高压压气机进口总温。
该实施例采用N1R、N2R和Ma进行第二特征的提取，通过判断高压换算转速N2R与第三预设阈值N2Rthd的关系，来提取发生低压轴故障的第二特征L2，而第三预设阈值N2Rthd与低压换算转速N1R关联，因此能够通过比较高压换算转速和低压换算转速的转速差，来提取识别低压轴断裂的第二特征L2。发动机在正常工作状态(包括稳态、非稳态)时高低压转速将沿着工作线沿着一定趋势变化。轴断裂时，转差关系将改变。由此，可以进一步提高低压轴断裂故障诊断的准确性，降低虚警率。
如图11所示，曲线Q1为正常转差限制曲线，曲线Q2为加速过程转差关系，曲线Q3为稳态转差关系，即无论是在加速过程还是在稳态下，转差曲线都不应超过正常转差限制曲线Q1，在断轴之后，曲线Q4为断轴后的转差关系，此时不仅转差曲线的斜率与正常情况相反，转差值也超过正常转差限制曲线。
在一些实施例中，如图12所示，预设压比变化率阈值包括第四预设阈值DTRQDts1和第五预设阈值DTRQDts2；步骤130将压比变化率与预设压比变化率阈值比较，提取识别低压轴断裂的第三特征L3的步骤包括：
在第二计时周期Tk1内判断压比P25/P2的变化趋势，若高压压比P25/P2逐渐减小，且压比减速率低于第四预设阈值DTRQDts1，即d(P25/P2)/dt<DTRQDts1；且低压压比P45/P2逐渐增加，且压比加速率高于第五预设阈值DTRQDts2，即d(P45/P2)/dt>DTRQDts2，则判断第三特征L3为真，即L3＝1，否则判断第三特征L3为假，即L3＝0；
其中，P2为发动机进口总压，P25为高压压气机进口总压，P45为低压涡轮进口总压。
优选地，第四预设阈值DTRQDts1由高压换算转速N2R和发动机进口总压P2二维插值确定；和/或第五预设阈值DTRQDts2由高压换算转速N2R和发动机进口总压P2二维插值确定。
在低压轴断裂后，温度变化测量响应较慢，但是发动机压比会迅速变化，例如高压压比的降低量较大，或者低压压比的升高量较大，由此通过压比变化量提取的第三特征L3能够更加准确地反映断轴故障，由此提高故障诊断的准确性。如图13所示，若低压轴未发生断裂，则高压压比P25/P2曲线应该整体位于DTRQDts1之上，且低压压比P45/P2位于DTRQDts2之下，如果发生低压轴断裂故障，就会出现该实施例上述的特征。
在一些实施例中，如图14所示，步骤140将第一特征L1、第二特征L2和第三特征L3进行逻辑判断，以识别出低压轴断裂故障包括：
基于之前得出的L1、L2和L3判断(L1+L2)*L3>0是否成立，如果成立则判定发生了低压轴断轴故障，否则判定未发生低压轴断轴故障。
该实施例通过对三个不同的特征进行逻辑判断，可综合地反映出发动机的工作状态，以便更加准确地识别出断轴故障，降低虚警率。
在一些实施例中，本公开也可包括不测量发动机进口总压P2的检测方法。例如，当P2未测时，可采用测量的环境静压P0代替，等效为发动机进口总压P2；或者采用测量的环境静压P0与马赫数Ma计算发动机进口总压P2。
其次，本公开还提供了一种涡扇发动机低压轴断裂检测系统，用于执行上述实施例的涡扇发动机低压轴断裂检测方法。此种检测系统可基于涡扇发动机在线测量的高压轴转速信号N2、低压轴转速信号N1、高压压气机进口总温T25、发动机进口总温T2、发动机进口总压P2、高压压气机进口总压P25、低压涡轮进口总压P45以及飞行马赫数Ma，进行低压轴断轴故障的特征提取和检测。
如图2所示，涡扇发动机低压轴断裂检测系统包括：
参数测量模块100，包括：用于检测发动机转速的转速检测部件、用于检测发动机温度的温度检测部件和用于检测发动机工作压力的压力检测部件；
判据计算模块200，被配置为根据检测的发动机转速信号得出加速率信号，提取识别低压轴断裂的第一特征L1；根据检测的温度信号和转速信号合成换算转速值，并通过比较高压换算转速和低压换算转速的转速差，提取识别低压轴断裂的第二特征L2；以及将压比变化率与预设压比变化率阈值比较，提取识别低压轴断裂的第三特征L3；和
断轴判断模块300，被配置为将第一特征L1、第二特征L2和第三特征L3进行逻辑判断，以识别出低压轴断裂故障。
在一些实施例中，转速检测部件被配置为检测低压轴转速信号N1和高压轴转速信号N2；温度检测部件被配置为检测压气机进口温度T25和发动机进口总温T2；和/或压力检测部件被配置为检测发动机进口总压P2、压气机进口总压P25、低压涡轮进口总压P45。
最后，本公开提供了一种涡扇发动机，包括上述实施例的涡扇发动机低压轴断裂检测系统。
以上对本公开所提供的一种涡扇发动机低压轴断裂检测系统和航空发动机进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。
Claims (13)
1.一种涡扇发动机低压轴断裂检测方法，其特征在于，包括：
根据检测的发动机转速信号得出加速率信号，提取识别低压轴断裂的第一特征L1；
根据检测的温度信号和转速信号合成换算转速值，并通过比较高压换算转速和低压换算转速的转速差，提取识别低压轴断裂的第二特征L2；
将压比变化率与预设压比变化率阈值比较，提取识别低压轴断裂的第三特征L3；
将所述第一特征L1、第二特征L2和第三特征L3进行逻辑判断，以识别出低压轴断裂故障，在低压轴断裂的情况下，发动机转速的加速率增大，所述转速差超过正常工作范围，发动机的压比增大。
2.根据权利要求1所述的涡扇发动机低压轴断裂检测方法，其特征在于，根据检测的发动机转速信号得出加速率信号，提取识别低压轴断裂的第一特征L1的步骤包括：
计算低压轴转速信号N1的一阶时间导数N1dot和高压轴转速信号N2的一阶时间导数N2dot；
在N1dot<N1dotthd时开始计时，计时起点时间确定为t1，并设定第一计时周期Tk，其中，N1dotthd为第一预设阈值；
在第一计时周期Tk内，判断N2dot>N2dotthd是否成立，如果成立则判断第一特征L1为真，即L1＝1，否则判断第一特征L1为假，即L1＝0，其中，N2dotthd为第二预设阈值。
3.根据权利要求2所述的涡扇发动机低压轴断裂检测方法，其特征在于，第一预设阈值N1dotthd由高压换算转速N2R和发动机进口总压P2二维插值确定；和/或第二预设阈值N2dotthd由高压换算转速N2R和发动机进口总压P2二维插值确定。
4.根据权利要求2所述的涡扇发动机低压轴断裂检测方法，其特征在于，根据检测的温度信号和转速信号合成换算转速值，并通过比较高压换算转速和低压换算转速的转速差，提取识别低压轴断裂的第二特征L2的步骤包括：
计算低压换算转速N1R和高压换算转速N2R；
通过低压换算转速N1R和马赫数Ma插值计算第三预设阈值N2Rthd，第三预设阈值N2Rthd对应于正常转速差限制曲线；
将高压换算转速N2R与第三预设阈值N2Rthd比较，判断高压换算转速N2R>N2Rthd是否成立，如果成立则判断第二特征L2为真，即L2＝1，否则判断第二特征L2为假，即L2＝0。
5.根据权利要求4所述的涡扇发动机低压轴断裂检测方法，其特征在于，低压换算转速N1R＝N1/(T2/288.15)^0.5，高压换算转速N2R＝N2/(T25/288.15)^0.5；
其中，T2为发动机进口总温，T25高压压气机进口总温。
6.根据权利要求1所述的涡扇发动机低压轴断裂检测方法，其特征在于，所述预设压比变化率阈值包括第四预设阈值DTRQDts1和第五预设阈值DTRQDts2；将压比变化率与预设压比变化率阈值比较，提取识别低压轴断裂的第三特征L3的步骤包括：
在第二计时周期Tk1内判断压比P25/P2的变化趋势，若高压压比P25/P2逐渐减小，且压比减速率低于所述第四预设阈值DTRQDts1，即d(P25/P2)/dt<DTRQDts1；或者低压压比P45/P2逐渐增加，且压比加速率高于所述第五预设阈值DTRQDts2，即d(P45/P2)/dt>DTRQDts2，则判断第三特征L3为真，即L3＝1，否则判断第三特征L3为假，即L3＝0；
其中，P2为发动机进口总压，P25为高压压气机进口总压，P45为低压涡轮进口总压。
7.根据权利要求6所述的涡扇发动机低压轴断裂检测方法，其特征在于，
所述第四预设阈值DTRQDts1由高压换算转速N2R和发动机进口总压P2二维插值确定；和/或
所述第五预设阈值DTRQDts2由高压换算转速N2R和发动机进口总压P2二维插值确定。
8.根据权利要求1所述的涡扇发动机低压轴断裂检测方法，其特征在于，将所述第一特征L1、第二特征L2和第三特征L3进行逻辑判断，以识别出低压轴断裂故障的步骤包括：
判断(L1+L2)*L3>0是否成立，如果成立则判定发生了低压轴断轴故障，否则判定未发生低压轴断轴故障。
9.根据权利要求3、6或7所述的涡扇发动机低压轴断裂检测方法，其特征在于，采用测量的环境静压P0等效为发动机进口总压P2；或者采用测量的环境静压P0与马赫数Ma计算发动机进口总压P2。
10.一种涡扇发动机低压轴断裂检测系统，其特征在于，用于执行权利要求1～9任一所述的涡扇发动机低压轴断裂检测方法。
11.一种涡扇发动机低压轴断裂检测系统，其特征在于，包括：
参数测量模块，包括：用于检测发动机转速的转速检测部件、用于检测发动机温度的温度检测部件和用于检测发动机工作压力的压力检测部件；
判据计算模块，被配置为根据检测的发动机转速信号得出加速率信号，提取识别低压轴断裂的第一特征L1；根据检测的温度信号和转速信号合成换算转速值，并通过比较高压换算转速和低压换算转速的转速差，提取识别低压轴断裂的第二特征L2；以及将压比变化率与预设压比变化率阈值比较，提取识别低压轴断裂的第三特征L3；和
断轴判断模块，被配置为将所述第一特征L1、第二特征L2和第三特征L3进行逻辑判断，以识别出低压轴断裂故障，在低压轴断裂的情况下，发动机转速的加速率增大，所述转速差超过正常工作范围，发动机的压比增大。
12.根据权利要求11所述的涡扇发动机低压轴断裂检测系统，其特征在于，转速检测部件被配置为检测低压轴转速信号N1和高压轴转速信号N2；所述温度检测部件被配置为检测压气机进口温度T25和发动机进口总温T2；和/或所述压力检测部件被配置为检测发动机进口总压P2、压气机进口总压P25、低压涡轮进口总压P45。
13.一种涡扇发动机，其特征在于，包括权利要求10～12任一所述的涡扇发动机低压轴断裂检测系统。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4651563A (en) * | 1985-10-16 | 1987-03-24 | Sperry Corporation | Jet engine testing apparatus |
| WO1999064727A1 (en) * | 1998-06-05 | 1999-12-16 | Pratt & Whitney Canada Inc. | Shaft breakage detection apparatus |
| FR2921974A1 (fr) * | 2007-10-08 | 2009-04-10 | Hispano Suiza Sa | Dispositif de detection de rupture d'arbre de turbine de turbocompresseur |
| CN101622457A (zh) * | 2007-02-24 | 2010-01-06 | 厄利孔莱博尔德真空技术有限责任公司 | 用于确定涡轮气泵的泵转子的疲劳的方法 |
| GB201103989D0 (en) * | 2011-03-09 | 2011-04-20 | Rolls Royce Plc | Shaft break detection |
| CA2970653A1 (en) * | 2016-06-17 | 2017-12-17 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Shaft shear detection in gas turbine engines |
| CN110736625A (zh) * | 2019-10-08 | 2020-01-31 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种识别双转子燃气涡轮发动机主燃烧室熄火的方法 |
| CN111795824A (zh) * | 2019-04-09 | 2020-10-20 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 机械动力系统故障诊断方法及系统 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB201120511D0 (en) * | 2011-11-29 | 2012-01-11 | Rolls Royce Plc | Shaft break detection |
| GB201121639D0 (en) * | 2011-12-16 | 2012-01-25 | Rolls Royce Plc | Shaft break detection |
| EP3040520B1 (en) * | 2015-01-05 | 2019-07-03 | Rolls-Royce PLC | Turbine engine shaft break detection |
| US10989063B2 (en) * | 2016-08-16 | 2021-04-27 | Honeywell International Inc. | Turbofan gas turbine engine shaft break detection system and method |
| EP3330494B1 (de) * | 2016-12-02 | 2019-11-27 | Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG | Anordnung, turbomaschine und verfahren zur erkennung eines wellenbruchs |
-
2020
- 2020-11-23 CN CN202011322094.6A patent/CN114608833B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4651563A (en) * | 1985-10-16 | 1987-03-24 | Sperry Corporation | Jet engine testing apparatus |
| WO1999064727A1 (en) * | 1998-06-05 | 1999-12-16 | Pratt & Whitney Canada Inc. | Shaft breakage detection apparatus |
| CN101622457A (zh) * | 2007-02-24 | 2010-01-06 | 厄利孔莱博尔德真空技术有限责任公司 | 用于确定涡轮气泵的泵转子的疲劳的方法 |
| FR2921974A1 (fr) * | 2007-10-08 | 2009-04-10 | Hispano Suiza Sa | Dispositif de detection de rupture d'arbre de turbine de turbocompresseur |
| GB201103989D0 (en) * | 2011-03-09 | 2011-04-20 | Rolls Royce Plc | Shaft break detection |
| CA2970653A1 (en) * | 2016-06-17 | 2017-12-17 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Shaft shear detection in gas turbine engines |
| CN111795824A (zh) * | 2019-04-09 | 2020-10-20 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 机械动力系统故障诊断方法及系统 |
| CN110736625A (zh) * | 2019-10-08 | 2020-01-31 | 中国航发沈阳发动机研究所 | 一种识别双转子燃气涡轮发动机主燃烧室熄火的方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Standardized failure signature for a tubofan engine;Jerome Lacaille;2009 IEEE Aerospace conference;全文 * |
| 民用涡扇发动机推力管理引气修正方法;王玉东;民用飞机设计与研究(第2期);73 * |
| 民用航空涡扇发动机增压级后可调放气阀控制规律设计;唐鸿羽;阙建锋;邱建;;航空科学技术(05);29-35 * |
| 涡轮轴断裂条件下的涡扇发动机性能建模;刘传凯;李艳茹;邱天;丁水汀;;航空动力学报(12);45-51 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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