CN114856820B - 基于滑油系统健康管理的故障分析方法、系统和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于滑油系统健康管理的故障分析方法，包括计算每次发动机运行的金属屑流量平均值，根据每次的金属屑流量平均值计算金属屑流量的偏离值，或者计算每次发动机运行的滑油压力的平均值，根据每次的滑油压力的平均值计算滑油压力的偏离值，或者分别计算每次发动机运行的滑油温度的平均值或滑油温度的单位温升，根据每次的滑油压力平均值计算滑油压力的偏离值或者根据每次的滑油温度的单位温升计算单位温升的偏离值；判断金属屑流量的偏离值和预设阈值之间的关系，或者判断滑油压力的偏离值和预设阈值之间的关系，或者判断滑油压力的偏离值或单位温升的偏离值和预设阈值之间的关系，得发动机状态结果。本发明可判断滑油系统健康状况。
Description
技术领域
本发明涉及基于航空发动机机载或地面滑油系统健康管理的故障分析方法技术领域，尤其是指一种基于滑油系统健康管理的故障分析方法、系统和设备。
背景技术
航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，其工作条件十分苛刻，需要经受高转速、高温、高压的考验。由于轴承转速高，并处于发动机中心，结构紧凑，润滑与隔热、散热条件较差，出现滑转、磨损、积炭和支承座裂纹等故障的几率较高，需要滑油系统润滑和冷却航空发动机各承力和传动部件。
航空发动机滑油系统健康管理可使有关人员及时获知发动机滑油系统的健康状况，即及时获知是否滑油系统工作正常，是否具有发生故障的趋势，这种趋势是弱还是强，从而采取相应措施，提高发动机和飞机的安全性、可靠性。航空发动机滑油系统健康管理能够使决策部门根据发动机滑油系统健康状况合理安排飞机出勤，提高出勤率和飞机战备完好率,合理安排发动机维护、维修，提高发动机维护性和经济性。
综上所述，滑油系统的性能和工作的可靠性直接关系到发动机的工作性能和可靠性，因此需要一种针对滑油系统健康管理的有效的故障分析方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种基于滑油系统健康管理的故障分析方法、系统和设备。
本发明所采用的技术方案如下：
一种基于滑油系统健康管理的故障分析方法，包括以下步骤：
分别计算每次发动机运行的金属屑流量的平均值，根据每次的金属屑流量的平均值计算金属屑流量的偏离值，判断金属屑流量的偏离值是否不大于预设第一阈值，若是，则认为发动机无故障；若否，则继续判断金属屑流量的偏离值是否大于预设第一阈值且不大于预设第二阈值，若是，则认为发动机为轻度故障，若否，则继续判断金属屑流量的偏离值是否大于预设第二阈值且不大于预设第三阈值，若是，则认为发动机为中度故障，若否，则认为发动机为重度故障；
或者，分别计算每次发动机运行的滑油压力的平均值，根据每次的滑油压力的平均值计算滑油压力的偏离值，判断滑油压力的偏离值是否不大于预设第一阈值，若是，则认为发动机无故障；若否，则继续判断滑油压力的偏离值是否大于预设第一阈值且不大于预设第二阈值，若是，则认为发动机为轻度故障，若否，则继续判断滑油压力的偏离值是否大于预设第二阈值且不大于预设第三阈值，若是，则认为发动机为中度故障，若否，则认为发动机为重度故障；
或者，分别计算每次发动机运行的滑油温度的平均值或滑油温度的单位温升，根据每次的滑油压力平均值计算滑油温度的偏离值或者根据每次的滑油温度的单位温升计算单位温升的偏离值，判断滑油温度的偏离值或单位温升的偏离值是否不大于预设第一阈值，若是，则认为发动机无故障；若否，则继续判断滑油温度的偏离值或单位温升的偏离值是否大于预设第一阈值且不大于预设第二阈值，若是，则认为发动机为轻度故障，若否，则继续判断滑油温度的偏离值或单位温升的偏离值是否大于预设第二阈值且不大于预设第三阈值，若是，则认为发动机为中度故障，若否，则认为发动机为重度故障。
其进一步的技术特征在于：所述预设第一阈值为0.05，所述预设第二阈值为0.10，所述预设第三阈值为0.15。
其进一步的技术特征在于：所述发动机各个状态设置故障标识。
其进一步的技术特征在于：每次的金属屑流量的平均值计算金属屑流量的偏离值的计算公式如下：
式中，dJ为金属屑流量的偏离值，Jm为当前金属屑流量平均值，Jtm为每次的金属屑流量的总平均值。
其进一步的技术特征在于：根据每次的滑油压力的平均值计算滑油压力的偏离值的计算公式如下：
式中，Pm为折合滑油压力的平均值，P[i]为燃气涡轮转子在工作期间任意时刻的滑油压力，N100为燃气涡轮转子转速的额定值，NG[i]为燃气涡轮转子在工作期间任意时刻的转速，Npn为满足NG[i]>60×N100条件的数据个数，dP为滑油压力的偏离值，Ptm为每次的折合滑油压力的总平均值。
其进一步的技术特征在于：Pm的初始值为0。
其进一步的技术特征在于：根据每次的滑油压力平均值计算滑油压力的偏离值的计算公式如下：
Tn[j]＝T[i]-T1[i]，j∈[0,Ntn-1]
Tm＝Tm+Tn[j]
式中，Tn[j]为发动机工作期间任意时刻的温度差，T[i]为发动机工作期间任意时刻的滑油温度，T1[i]为发动机工作期间任意时刻的进口温度，Tm为发动机工作期间任意时刻的相对滑油温度，Ntn为Tn[j]的数据个数，dT1为滑油压力的偏离值，Ttm为每次的滑油温度总平均值。
其进一步的技术特征在于：根据每次的滑油温度的单位温升计算单位温升的偏离值的计算公式如下：
式中，Tk为滑油温度的单位温升，Tn[Ntn-1]为发动机工作最后一刻的温度差，Tn[0]为发动机工作初始时刻的温度差，dT2为单位温升的偏离值，Ttk为每次的滑油温度的总平均值。
一种基于滑油系统健康管理的系统，包括
第一计算模块，用于计算每次发动机运行的金属屑流量的平均值，根据每次的金属屑流量的平均值计算金属屑流量的偏离值，
第二计算模块，用于计算每次发动机运行的滑油压力的平均值，根据每次的滑油压力的平均值计算滑油压力的偏离值，
第三计算模块，用于分别计算每次发动机运行的滑油温度的平均值或滑油温度的单位温升，根据每次的滑油压力平均值计算滑油压力的偏离值或者根据每次的滑油温度的单位温升计算单位温升的偏离值；
分析模块，用于判断金属屑流量的偏离值和预设阈值之间的关系，或者判断滑油压力的偏离值和预设阈值之间的关系，或者判断滑油压力的偏离值或单位温升的偏离值和预设阈值之间的关系，得到发动机的状态结果。
一种基于滑油系统健康管理的设备，包括存储器和处理器；其中，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，所述处理器执行所述一条或多条计算机指令以实现上述所述的故障分析方法。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本发明可判断滑油系统的健康状况，即及时获知是否滑油系统工作正常，是否具有发生故障的趋势，这种趋势是弱还是强，从而采取相应措施，提高发动机和飞机的安全性、可靠性。
2、本发明能够使决策部门根据发动机滑油系统健康状况合理安排飞机出勤，提高出勤率和飞机战备完好率。
3、本发明可以合理安排发动机维护、维修，提高发动机维护性和经济性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1是现有的航空发动机健康管理系统的机载系统示意图。
图2是现有的航空发动机健康管理系统的地面系统示意图。
图3是本发明的第一流程图。
图4是本发明的第二流程图。
图5是本发明的第三流程图。
图6是某发动机多次飞行金属屑颗粒流量的历程图。
图7是某发动机多次飞行的滑油压力和滑油温度的历程图。
图8是某发动机多次飞行的燃气涡轮转子转速和发动机进口温度的历程曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1：
结合图3-图8，一种基于滑油系统健康管理的故障分析方法，包括以下步骤：
分别计算每次发动机运行的金属屑流量的平均值，根据每次的金属屑流量的平均值计算金属屑流量的偏离值，判断金属屑流量的偏离值是否不大于预设第一阈值，若是，则认为发动机无故障；若否，则继续判断金属屑流量的偏离值是否大于预设第一阈值且不大于预设第二阈值，若是，则认为发动机为轻度故障，若否，则继续判断金属屑流量的偏离值是否大于预设第二阈值且不大于预设第三阈值，若是，则认为发动机为中度故障，若否，则认为发动机为重度故障；
或者，分别计算每次发动机运行的滑油压力的平均值，根据每次的滑油压力的平均值计算滑油压力的偏离值，判断滑油压力的偏离值是否不大于预设第一阈值，若是，则认为发动机无故障；若否，则继续判断滑油压力的偏离值是否大于预设第一阈值且不大于预设第二阈值，若是，则认为发动机为轻度故障，若否，则继续判断滑油压力的偏离值是否大于预设第二阈值且不大于预设第三阈值，若是，则认为发动机为中度故障，若否，则认为发动机为重度故障；
或者，分别计算每次发动机运行的滑油温度的平均值或滑油温度的单位温升，根据每次的滑油压力平均值计算滑油温度的偏离值或者根据每次的滑油温度的单位温升计算单位温升的偏离值，判断滑油温度的偏离值或单位温升的偏离值是否不大于预设第一阈值，若是，则认为发动机无故障；若否，则继续判断滑油温度的偏离值或单位温升的偏离值是否大于预设第一阈值且不大于预设第二阈值，若是，则认为发动机为轻度故障，若否，则继续判断滑油温度的偏离值或单位温升的偏离值是否大于预设第二阈值且不大于预设第三阈值，若是，则认为发动机为中度故障，若否，则认为发动机为重度故障。
上述提供一种基于滑油系统健康管理的故障分析方法，可判断滑油系统的健康状况，即及时获知是否滑油系统工作正常，是否具有发生故障的趋势，这种趋势是弱还是强，从而采取相应措施，提高发动机和飞机的安全性、可靠性。
在本实施例中，预设第一阈值为0.05，预设第二阈值为0.10，预设第三阈值为0.15。
在本实施例中，发动机各个状态设置故障标识。具体地，发动机无故障标识为0，发动机轻度故障标识为1，发动机中度故障标识为2，发动机重度故障标识为3。
在本实施例中，每次的金属屑流量的平均值计算金属屑流量的偏离值的计算公式如下：
式中，dJ为金属屑流量的偏离值，Jm为当前金属屑流量平均值，Jtm为每次的金属屑流量的总平均值。
具体地，则设置轻度故障标识KJ＝1；如果dJ>0.10，则设置中度故障标识KJ＝2；如果dJ>0.15，则设置重度故障标识KJ＝3。
在本实施例中，根据每次的滑油压力的平均值计算滑油压力的偏离值的计算公式如下：
式中，Pm为折合滑油压力的平均值，P[i]为燃气涡轮转子在工作期间任意时刻的滑油压力，N100为燃气涡轮转子转速的额定值，NG[i]为燃气涡轮转子在工作期间任意时刻的转速，Npn为满足NG[i]>60×N100条件的数据个数，dP为滑油压力的偏离值，Ptm为每次的折合滑油压力的总平均值。并且，Pm的初始值为0。
具体地，则设置轻度故障标识KP＝1；如果dP>0.10，则设置中度故障标识KP＝2；如果dP>0.15，则设置重度故障标识KP＝3。
在本实施例中，根据每次的滑油压力平均值计算滑油压力的偏离值的计算公式如下：
Tn[j]＝T[i]-T1[i]，j∈[0,Ntn-1]
Tm＝Tm+Tn[j]
式中，Tn[j]为发动机工作期间任意时刻的温度差，T[i]为发动机工作期间任意时刻的滑油温度，T1[i]为发动机工作期间任意时刻的进口温度，Tm为发动机工作期间任意时刻的相对滑油温度，Ntn为Tn[j]的数据个数，dT1为滑油压力的偏离值，Ttm为每次的滑油温度总平均值。
在本实施例中，据每次的滑油温度的单位温升计算单位温升的偏离值的计算公式如下：
式中，Tk为滑油温度的单位温升，Tn[Ntn-1]为发动机工作最后一刻的温度差，Tn[0]为发动机工作初始时刻的温度差，dT2为单位温升的偏离值，Ttk为每次的滑油温度的总平均值。
具体地，如果dT1>0.05或dT2>0.05，则设置轻度故障标识KT＝1；如果dT1>0.10或dT2>0.10，则设置中度故障标识KT＝2；如果dT1>0.15或dT2>0.15，则设置重度故障标识KT＝3。
实施例2：
一种基于滑油系统健康管理的系统，包括
第一计算模块，用于计算每次发动机运行的金属屑流量的平均值，根据每次的金属屑流量的平均值计算金属屑流量的偏离值，
第二计算模块，用于计算每次发动机运行的滑油压力的平均值，根据每次的滑油压力的平均值计算滑油压力的偏离值，
第三计算模块，用于分别计算每次发动机运行的滑油温度的平均值或滑油温度的单位温升，根据每次的滑油压力平均值计算滑油压力的偏离值或者根据每次的滑油温度的单位温升计算单位温升的偏离值；
分析模块，用于判断金属屑流量的偏离值和预设阈值之间的关系，或者判断滑油压力的偏离值和预设阈值之间的关系，或者判断滑油压力的偏离值或单位温升的偏离值和预设阈值之间的关系，得到发动机的状态结果。
上述提供一种基于滑油系统健康管理的系统，实现滑油系统健康管理故障分析。
实施例3：
一种基于滑油系统健康管理的设备，包括存储器和处理器；其中，存储器用于存储一条或多条计算机指令，处理器执行一条或多条计算机指令以实现实施例1提供的基于滑油系统健康管理的故障分析方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种基于滑油系统健康管理的故障分析方法，其特征在于：包括以下步骤：
分别计算每次发动机运行的金属屑流量的平均值，根据每次的金属屑流量的平均值计算金属屑流量的偏离值，判断金属屑流量的偏离值是否不大于预设第一阈值，若是，则认为发动机无故障；若否，则继续判断金属屑流量的偏离值是否大于预设第一阈值且不大于预设第二阈值，若是，则认为发动机为轻度故障，若否，则继续判断金属屑流量的偏离值是否大于预设第二阈值且不大于预设第三阈值，若是，则认为发动机为中度故障，若否，则认为发动机为重度故障；
或者，分别计算每次发动机运行的滑油压力的平均值，根据每次的滑油压力的平均值计算滑油压力的偏离值，判断滑油压力的偏离值是否不大于预设第一阈值，若是，则认为发动机无故障；若否，则继续判断滑油压力的偏离值是否大于预设第一阈值且不大于预设第二阈值，若是，则认为发动机为轻度故障，若否，则继续判断滑油压力的偏离值是否大于预设第二阈值且不大于预设第三阈值，若是，则认为发动机为中度故障，若否，则认为发动机为重度故障；
或者，分别计算每次发动机运行的滑油温度的平均值或滑油温度的单位温升，根据每次的滑油压力平均值计算滑油温度的偏离值或者根据每次的滑油温度的单位温升计算单位温升的偏离值，判断滑油温度的偏离值或单位温升的偏离值是否不大于预设第一阈值，若是，则认为发动机无故障；若否，则继续判断滑油温度的偏离值或单位温升的偏离值是否大于预设第一阈值且不大于预设第二阈值，若是，则认为发动机为轻度故障，若否，则继续判断滑油温度的偏离值或单位温升的偏离值是否大于预设第二阈值且不大于预设第三阈值，若是，则认为发动机为中度故障，若否，则认为发动机为重度故障。
2.根据权利要求1所述的基于滑油系统健康管理的故障分析方法，其特征在于：所述预设第一阈值为0.05，所述预设第二阈值为0.10，所述预设第三阈值为0.15。
3.根据权利要求1所述的基于滑油系统健康管理的故障分析方法，其特征在于：所述发动机各个状态设置故障标识。
4.根据权利要求1所述的基于滑油系统健康管理的故障分析方法，其特征在于：每次的金属屑流量的平均值计算金属屑流量的偏离值的计算公式如下：
式中，dJ为金属屑流量的偏离值，Jm为当前金属屑流量平均值，Jtm为每次的金属屑流量的总平均值。
5.根据权利要求1所述的基于滑油系统健康管理的故障分析方法，其特征在于：根据每次的滑油压力的平均值计算滑油压力的偏离值的计算公式如下：
式中，Pm为折合滑油压力的平均值，P[i]为燃气涡轮转子在工作期间任意时刻的滑油压力，N100为燃气涡轮转子转速的额定值，NG[i]为燃气涡轮转子在工作期间任意时刻的转速，Npn为满足NG[i]>60×N100条件的数据个数，dP为滑油压力的偏离值，Ptm为每次的折合滑油压力的总平均值。
6.根据权利要求5所述的基于滑油系统健康管理的故障分析方法，其特征在于：Pm的初始值为0。
7.根据权利要求1所述的基于滑油系统健康管理的故障分析方法，其特征在于：根据每次的滑油压力平均值计算滑油压力的偏离值的计算公式如下：
Tn[j]＝T[i]-T1[i]，j∈[0，Ntn-1]
Tm＝Tm+Tn[j]
式中，Tn[j]为发动机工作期间任意时刻的温度差，T[i]为发动机工作期间任意时刻的滑油温度，T1[i]为发动机工作期间任意时刻的进口温度，Tm为发动机工作期间任意时刻的相对滑油温度，Ntn为Tn[j]的数据个数，dT1为滑油压力的偏离值，Ttm为每次的滑油温度总平均值。
8.根据权利要求1所述的基于滑油系统健康管理的故障分析方法，其特征在于：根据每次的滑油温度的单位温升计算单位温升的偏离值的计算公式如下：
式中，Tk为滑油温度的单位温升，Tn[Ntn-1]为发动机工作最后一刻的温度差，Tn[0]为发动机工作初始时刻的温度差，dT2为单位温升的偏离值，Ttk为每次的滑油温度的总平均值。
9.一种基于滑油系统健康管理的系统，其特征在于：包括
第一计算模块，用于计算每次发动机运行的金属屑流量的平均值，根据每次的金属屑流量的平均值计算金属屑流量的偏离值，
第二计算模块，用于计算每次发动机运行的滑油压力的平均值，根据每次的滑油压力的平均值计算滑油压力的偏离值，
第三计算模块，用于分别计算每次发动机运行的滑油温度的平均值或滑油温度的单位温升，根据每次的滑油压力平均值计算滑油压力的偏离值或者根据每次的滑油温度的单位温升计算单位温升的偏离值；
分析模块，用于判断金属屑流量的偏离值和预设阈值之间的关系，或者判断滑油压力的偏离值和预设阈值之间的关系，或者判断滑油压力的偏离值或单位温升的偏离值和预设阈值之间的关系，得到发动机的状态结果。
10.一种基于滑油系统健康管理的设备，其特征在于：包括存储器和处理器；其中，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，所述处理器执行所述一条或多条计算机指令以实现如权利要求1-8中任一项所述的故障分析方法。
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