CN115199352A - 基于发动机振动识别发动机转子的不平衡的方法 - Google Patents
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Abstract
公开了用于基于发动机振动和其他已知和/或可确定的参数来诊断飞行器发动机(例如喷气发动机)中的不平衡状态的预测模型。还公开了用于开发预测模型和使用该模型来识别飞行器发动机不平衡的方法。
Description
技术领域
本公开涉及用于识别喷气发动机的转子系统中的不平衡的源并在大修车间或维护、修理、大修(MRO)车间确定校正措施的方法和系统。
背景技术
旋转机械，例如在飞行器喷气发动机的核心中发现的旋转机械，可能对其旋转零件的平衡中的小缺陷高度敏感。这种具有不平衡部件的机械的操作会导致例如力的分布不均匀、发动机部件的损坏以及部件在正常使用过程中的过度磨损。在喷气发动机中，这样的缺陷会导致压缩机和涡轮组件的质量的中心变得与组件的几何旋转轴线不对准。在喷气发动机的情况下，由不平衡部件引起的振动会传递到飞行器的相邻部分，并可能导致噪音和乘客不适，并导致发动机部件的磨损、疲劳和损坏增加。解决喷气发动机不平衡的传统方法非常耗时，导致与发动机修理相关联的时间和费用增加。
因此，需要一种在飞行器喷气发动机到达MRO车间之前准确有效地识别不平衡源并确定适当校正措施的方法。
发明内容
本文公开了用于基于在MRO处的发动机振动和操作参数来诊断喷气发动机中的不平衡状态的预测模型的实施例。
还公开了用于开发识别喷气发动机不平衡源并确定适当校正措施的模型的方法。
在本文公开的一个实施例中，一种用于开发预测诊断模型的方法包括：(a)测量与喷气发动机相关联的核心振动数据集和操作参数数据集；(b)存储核心振动数据集和操作参数数据集；(c)识别与核心振动数据集和操作参数数据集的组合相关联的不平衡状态；(d)重复步骤(a)-(c)，直到记录了足够的数据集以生成用于确定不平衡状态的预测模型；以及(e)使用步骤(d)中的预测模型，根据测量的核心振动和操作参数数据来确定不平衡状态。
在本文公开的另一个实施例中，一种用于识别喷气发动机的不平衡状态的方法包括：(a)基于数据库为不同的操作参数集生成一个或多个线性振动比率-不平衡关系组；(b)为振动比率-不平衡数据的每个线性组生成一个或多个单独的分析模型；(c)记录喷气发动机的核心振动特征和操作参数集；(d)将核心振动特征和操作参数集输入到步骤(b)的一个或多个单独的分析模型中；(e)基于操作参数来识别最佳拟合线性组；(f)通过将测量的核心振动特征与为最佳拟合线性组记录的历史振动特征进行比较，识别可能的不平衡位置和幅度；以及(g)将一个或多个重物施加到喷气发动机中的压缩机或涡轮或两者的组合中的至少一个，使其具有符合模块的允许的不平衡校正限制。
本文还公开了用于预测诊断喷气发动机的不平衡状态的模型的实施例，包括：数据库，该数据库由相关组的核心振动数据、关键发动机操作参数和发动机不平衡状态组成；输入功能，该输入功能被构造为允许用户输入：核心振动输入数据；发动机操作参数；以及容限功能，该容限功能被构造为基于核心振动数据和关键发动机操作参数来识别一个或多个发动机不平衡状态。
本发明的前述和其他目的、特征和优点将从以下参照附图进行的详细描述中变得更加明显。
附图说明
本说明书参考附图阐述了针对本领域普通技术人员的优选实施例的完整且能够公开的内容，其中：
图1图示了示例性喷气发动机的横截面图；
图2A和2B是图示了基于发动机振动来识别发动机转子的不平衡的示例性方法的流程图；
图3是与用于识别发动机转子的不平衡状态的示例性验证处理有关的表格；
图4图示了示例性验证处理，其包括针对模拟的不平衡状态将识别的核心振动比率与实际核心振动比率进行比较；
图5图示了包括振动和/或振动比率数据的用户输入的示例性验证处理；
图6是图示了基于发动机振动来识别发动机转子的不平衡的示例性方法的流程图；以及
图7图示了示出多个线性组的示例性实施例。
具体实施方式
本文公开了基于在那些发动机中测量的振动和识别的操作参数来识别喷气发动机中转子不平衡的源以及确定适当的校正措施的各种方法和系统的实施例。
在一些实施例中，本文公开的方法和系统通常包括从一个或多个传感器接收关于发动机振动的信息，识别具有高于预定容限的振动水平的发动机，以及基于振动水平和操作参数来确定那些发动机的不平衡状态。
现在将详细参考所公开技术的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。每个示例是通过对所公开技术的解释而不是对本公开的限制来提供的。事实上，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可以对本公开进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分图示或描述的特征可以与另一实施例一起使用以产生又一实施例。因此，本公开旨在涵盖落入所附权利要求及其等同范围内的这些修改和变化。
术语“装运限制(shipping limit)”、“振动容限”和“最大振动限制”在本文中用于指由一个或多个振动传感器测量的、针对处于良好操作状况的特定喷气发动机的预定最大振动量。术语“核心振动比率”和“核心振动(vibe)比率”在本文中用于指代测量的振动状态与涡轮风扇发动机的装运限制的比率。
“示例性”一词在此用于表示“作为示例、实例或图示”。在此描述为“示例性”的任何实施方式不一定被解释为优选或优于其他实施方式。
如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用以区分一个部件与另一个部件，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。
术语“前”和“后”指的是喷气发动机或运载器内的相对位置，并且指的是喷气发动机或运载器的正常操作姿态。例如，就喷气发动机而言，前是指靠近发动机入口的位置，而后是指靠近发动机喷嘴或排气口的位置。术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的方向。例如，“上游”指的是流体流自的方向，而“下游”指的是流体流向的方向。
此外，除非另有说明，否则术语“低”、“高”或它们相应的比较级(例如，更低、更高，如果适用)各自指代喷气发动机内的相对速度。例如，“低压涡轮”在通常低于“高压涡轮”的压力下操作。或者，除非另有说明，上述术语可以理解为其最高级。例如，“低压涡轮”可以指代涡轮区段内最低的最大压力涡轮，并且“高压涡轮”可以指代涡轮区段内的最高的最大压力涡轮。
除非本文另有规定，否则术语“联接”、“固定”、“附接到”等既指直接联接、固定或附接，也指通过一个或多个中间部件或特征间接联接、固定或附接。
除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用。在整个说明书和权利要求书中使用的近似语言被应用于修饰任何可以允许变化而不导致其相关的基本功能发生变化的定量表示。因此，由诸如“大约”、“约”和“基本上”等一个或多个术语修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度，或用于构造或制造部件和/或系统的方法或机器的精度。例如，近似语言可以指在单个值、值范围和/或限定值范围的端点中处于1％、2％、4％、5％、10％、15％或20％的余量内。如果没有另外说明，近似语言应理解为指10％的余量。
在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制被组合和互换，除非上下文或语言另有说明，否则此类范围被标识并包括其中包含的所有子范围。例如，本文公开的所有范围都包括端点，并且端点可以相互独立地组合。
有时可以通过向发动机核心的一个或多个部件添加/移除平衡质量以重新定位压缩机和涡轮组件的质量中心来减少飞行器喷气发动机的不期望的振动行为。为了执行这种平衡，通常将未对准的飞行器喷气发动机从主动操作中移除，以便可以确定未对准的精确性质，并采取适当的校正步骤。
在飞行器喷气发动机的情况下，观察到的发动机总旋转失准可能包括许多发动机部件中的个别失准。识别不平衡的确切源可能涉及复杂且通常耗时的试错处理。这个处理会导致发动机操作时间的重大损失，也会导致需要熟练技术人员支出大量时间来分析、诊断和校正飞行器涡轮发动机的不平衡。
本文公开的识别高压旋转机械中的不平衡状态的方法可以与喷气发动机的各种实施例一起使用。与当前公开的不平衡状态识别方法一起使用的喷气发动机可以具有核心发动机，该核心发动机具有低压压缩机(增压器)、高压压缩机、燃烧区段、高压涡轮和低压涡轮。核心发动机可以放置在基本上管状的壳体内。喷气发动机还可包括核心发动机上游的风扇区段和核心发动机下游的排气口。
例如，图1描绘了根据一个示例性实施例的适合与本公开的不平衡状态识别方法一起使用的喷气发动机100的横截面图。更具体地，图1中所示的燃气涡轮发动机是高旁路涡轮风扇喷气发动机100，本文称为“涡轮风扇发动机100”。如图1所示，涡轮风扇发动机100限定轴向方向A(平行于提供用于参考的纵向中心线102延伸)和径向方向R(垂直于轴向方向A延伸)。通常，涡轮风扇100包括风扇区段104和布置在风扇区段104下游的核心发动机106。尽管图1描绘了直接驱动涡轮风扇，但应当理解，其他发动机架构也是可能的，例如其中多个齿轮将燃气涡轮轴联接到风扇轴的齿轮架构。
所描述的示例性核心发动机106通常包括基本上为管状的外壳体，其限定了环形入口110。外壳体以串行流动关系包裹着压缩机区段，压缩机区段包括增压器或低压(LP)压缩机112和高压(HP)压缩机114；燃烧区段116；涡轮区段，涡轮区段包括高压(HP)涡轮118和低压(LP)涡轮120；以及喷气排气喷嘴区段122。高压(HP)轴或线轴驱动地将高压涡轮118连接到高压压缩机114。低压(LP)轴或线轴126驱动地将低压涡轮120连接到低压压缩机112。此外，压缩机区段、燃烧区段116和涡轮区段一起至少部分地限定了延伸通过其中的核心空气流动路径128。
对于所描绘的实施例，风扇区段104可以包括可变桨距风扇130，其具有多个风扇叶片132，这些风扇叶片132以间隔开的方式联接到盘134。如图所示，风扇叶片132从盘134大致沿径向方向R向外延伸。由于风扇叶片132可操作地联接到合适的致动构件136，致动构件136被构造为共同改变风扇叶片132的桨距，因此每个风扇叶片132可相对于盘134围绕桨距轴线P旋转。风扇叶片132、盘134和致动构件136可通过LP轴126一起围绕纵向轴线102旋转。
仍然参照图1的示例性实施例，盘134被可旋转的前机舱140覆盖，前机舱140具有空气动力学轮廓以促进气流通过多个风扇叶片132。此外，示例性的风扇区段104包括环形的风扇壳体或外机舱142，其周向地包围风扇130和/或核心发动机106的至少一部分。对于所描述的实施例，机舱142由多个周向间隔开的出口导向轮叶144相对于核心发动机106支撑。此外，机舱142的下游区段146延伸到核心发动机106的外部，以便在两者之间确定旁路气流通道148。
在涡轮风扇发动机100操作期间，一定体积的空气150通过机舱142和/或风扇区段104的相关入口152进入涡轮风扇100。当一定体积的空气150穿过风扇叶片132时，如箭头154所示的空气150的第一部分被导向或引导到旁路气流通道148中，而如箭头156所示的空气150的第二部分被导向或引导到低压压缩机112中。第一部分空气154和第二部分空气156之间的比率通常被称为旁路比率。第二部分空气156的压力随后在其被引导通过高压(HP)压缩机114并进入燃烧区段116中时而增加，在燃烧区段116中它与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体158。
燃烧气体158被引导通过HP涡轮118，其中来自燃烧气体158的一部分热能和/或动能经由联接到外壳体108的HP涡轮定子轮叶160和联接到HP轴或线轴124的HP涡轮转子叶片162的顺序级提取，从而使HP轴或线轴124旋转，进而支持HP压缩机114的操作。然后，燃烧气体158被引导通过LP涡轮120，其中来自燃烧气体158的第二部分热能和/或动能经由联接到外壳体108的LP涡轮定子轮叶164和联接到LP轴或线轴126的LP涡轮转子叶片166的顺序级提取，从而使低压轴或线轴126旋转，进而支持低压压缩机112的操作和/或风扇130的旋转。
燃烧气体158随后被引导通过核心发动机106的喷气排气喷嘴区段322以提供推进推力。同时，第一部分空气154的压力随着第一部分空气154在从涡轮风扇100的风扇喷嘴排气区段168排出之前被引导通过旁路气流通道148而显著增加，也提供推进推力。HP涡轮118、LP涡轮120和喷气排气喷嘴区段122至少部分地限定了热气路径170，用于引导燃烧气体158通过核心发动机106。
当压缩机112、114或涡轮118、120中的任何一个的质量中心与核心发动机106的几何旋转轴线不匹配时，喷气发动机100中可能会出现不平衡。这可能是由任何核心发动机106部件中的质量不平衡所引起的，例如低压压缩机112、高压压缩机114、高压涡轮118或低压涡轮120中的部件。这种质量不平衡可能是由发动机制造的缺陷、一个或多个发动机部件的损坏(例如异物吸入)、发动机部件的正常磨损或足以改变喷气发动机部件的质量、尺寸、形状或位置的任何其他原因所导致的。
此外，涡轮风扇的其他旋转部件(包括风扇叶片132和/或风扇盘134)可能会发生不平衡。应该理解，识别其他旋转部件(例如风扇叶片和/或风扇盘)中的不平衡可以以与本文讨论的核心发动机部件(例如，压缩机和/或涡轮)中的不平衡类似的方式实现。
当喷气发动机100中的部件变得不平衡时，发动机将经历可能导致其在使用中遭受损坏的振动。不平衡的发动机部件引起的振动会使得乘客不适，并导致涡轮或压缩机部件损坏，不平衡应力引起的零件变形增加，以及发动机部件的金属疲劳加剧。
一个或多个振动传感器172可以安装在喷气发动机100上以获得关于不同发动机部件的振动的数据。振动数据可以包括例如由每个振动传感器测量的振动的位置、幅度和相位。图1示出了在高压压缩机114和高压涡轮116处联接到发动机100的振动传感器172，以测量与这些发动机部件中的每一个相关联的振动。应该理解，可以提供附加的振动传感器，以提供高压压缩机和涡轮的附加振动测量或提供发动机100的其他部件(例如，低压压缩机和/或涡轮)的振动测量。一个或多个振动传感器也可以设置在其他旋转部件(例如上面讨论的风扇叶片和/或风扇盘)附近。
诊断和校正发动机不平衡的源通常包括从飞行器上移除喷气发动机，并修理导致不平衡的损坏和/或将校正重物附接到压缩机112、114和/或涡轮118、120上，以使压缩机和/或涡轮的质量中心与核心106的几何旋转轴线一致。然后可以在旋转速度的整个操作范围内测试附接有校正重物的发动机，以确定对压缩机112，114和/或涡轮118、120的调整是否已经有效。如果没有，则可以根据需要增加、减少和/或重新定位校正质量。
然而，由于涡轮发动机的测量振动包括压缩机112、114和涡轮118、120的旋转特性的贡献，因此发动机核心不平衡是否由一个或多个压缩机、一个或多个涡轮，或两者的不平衡引起通常并不明显。因此，对振动水平超出可接受限制的发动机进行校正通常需要检查压缩机和涡轮的平衡，并且有时还需要通过实验尝试重新平衡一个部件，然后再平衡另一个部件。
在本文公开的一些实施例中，诊断喷气发动机不平衡的源的方法可以包括开发测量的振动和不平衡之间的关系模型。该模型可以根据飞行器操作时收集的数据而开发，并与观察到的不平衡状态进行比较。然后可以使用该模型来确定测量的振动超过预定的最大振动限制的发动机中的不平衡状态。尽管结合示例性喷气发动机描述了本文公开的方法，但应当理解，这些方法也可以适用于其他燃气涡轮发动机。
在本文公开的方法的一个实施例中，如图2A所示，该方法可以包括在具有一个或多个喷气发动机100的飞行器操作时收集振动数据。在喷气发动机100的操作使用期间，核心振动数据可以从安装在其上的一个或多个振动传感器获取。振动数据可以包括由每个振动传感器测量的振动的位置、幅度和相位。振动数据可以存储在诸如数字飞行数据记录器或机载振动监测器的数据记录器中，或传输到记录站(例如，传输到基于地面的记录站)。可以通过这种方式来识别振动水平超过预先建立的可接受振动限制(有时称为装运限制)的发动机。
还可以收集关于喷气发动机100的附加操作参数的数据。这样的操作参数可以包括例如入口温度、出口温度、供应压力、物理特性、化学特性、环境温度、燃烧器温度、压缩机出口压力、压缩机出口温度、高压转子速度、低压转子速度、阻尼器制造变化、轴承制造变化、阻尼器操作状况、轴承操作状况、发动机操作员、发动机操作区域和海拔。该数据可以与相应的一组振动数据同时被测量。或者，可以在不同的时间段测量数据，然后将其关联在一起。对于经历一系列操作状况的操作参数，可以选择特定的操作状况和/或最大值或最小值。例如，压缩机出口温度可以计算为操作期间的最大温度和/或可以针对特定的操作状况(例如，巡航、SLTO)进行选择。
下面的表1显示了在识别本文所述的不平衡状况时可以考虑的相关操作参数的列表。
当根据处理框202识别用于核心振动分析的发动机时，可以存储组合的核心振动数据和操作参数数据以用于建模目的(处理框204)。如上所述，这种存储可以在飞行器上进行，例如在数字飞行数据记录器或机载振动监测器上进行，或远程进行，例如通过将数据传输到远程位置，例如飞行器维护、修理和大修(MRO)设施。
在识别出超过预先建立的可接受振动限制的喷气发动机100时，然后可以例如由MRO技术人员将喷气发动机100从飞行器上移除，并且可以例如通过使用先前讨论的诊断技术来确定对测量的核心振动水平负责的发动机不平衡的源(例如，LP压缩机、HP压缩机、HP涡轮和LP涡轮)(处理框206)。在一些实施例中，测量的振动数据和操作参数数据然后可以与对应的发动机不平衡状态相关联(处理框208)，并且可以保存发动机数据-不平衡状态数据以供以后使用。
当没有足够的数据可用于根据方法200来开发预测诊断模型时，可以根据先前讨论的处理收集附加的数据(决策框210)。然而，如果已经收集到足够的数据来支持根据方法200(决策框210)的预测诊断模型的开发，那么一旦有足够量的振动数据-不平衡状态数据可用，累积的振动数据-不平衡状态配对可以用于构建将测量的振动与预期的发动机不平衡状态相关的预测。
在图2B所示的具有连续图示的实施例中，可以根据关于核心振动、操作参数和不平衡状态的数据来构建模型。在一个示例性实施例中，模型的构建可以包括为MRO数据库中的操作参数的每个给定组合生成振动比率-不平衡状态数据配对的线性组(处理框212)。对于振动比率-不平衡状态数据的每个线性组，可以开发单独的分析模型以允许对不平衡状态进行操作参数特定的识别(处理框214)。在一个特别优选的实施例中，单独的分析模型可以采用随机森林建模方法。
图7图示了示出多个线性组的示例性实施例：组1、组2、组3、组4、组5和组6。每个线性组反映了用于从MRO数据库获得的操作参数的组合的振动比率-不平衡状态数据配对。因此，例如，组1可以包括以被接收并输入到模型中的某个操作参数集，在某个区域中操作的某个发动机(例如，发动机A)。其他组反映了提供不同线性组的类似输入。不同的线性组可以反映不同的发动机、不同的区域和/或不同的操作参数。在某些情况下，在不同区域或不同操作参数下操作的同一发动机会导致不同的线性组。
在一些实施例中，然后可以根据图3-5中所示的示例性过程对在处理框212中生成的预测模型进行分析验证(处理框214)。如图3所示，示例性验证处理可以涉及模拟位于喷气发动机100的压缩机112、114和/或涡轮118、120中的不平衡状态。如图4所示，验证处理可以进一步涉及将识别的核心振动比率与实际核心振动比率进行比较，用于喷气发动机100的压缩机112、114和/或涡轮118、120的模拟不平衡状态，从而允许用户检查在振动比率和发动机不平衡状态之间的模型的相关性的准确性。分析验证处理还可以包括振动和/或振动比率数据的用户输入，如图5所示，这将允许模型预测性地识别导致核心振动的不平衡状态的源。
根据方法200开发的预测诊断模型随后可用于识别和诊断导致未来发动机振动的不平衡状态，例如喷气发动机100中可能发生的不平衡状态和振动。
在本文公开的预测不平衡状态诊断方法的一些实施例中，诊断喷气发动机不平衡的源的方法可以包括使用先前讨论的模型来识别振动水平高于可接受振动限制的喷气发动机的不平衡状态，可接受振动限制与特殊的发动机系列(family)和操作参数相关联。然后可以使用预测的不平衡状态来限定发动机修理和校正操作的工作范围。尽管以下对发动机不平衡状态识别方法300的描述是参照前面描述的喷气发动机100进行的，但应该理解的是，可以使用相同的方法来诊断其他喷气发动机。
在一个实施例中，如图6所示，不平衡状态识别方法300可以包括识别操作中的喷气发动机100以用于核心振动分析(处理框302)。核心振动可以包括振动的位置、幅度和相位，并且可以使用例如振动传感器从喷气发动机100收集振动的位置、幅度和相位，并且可以记录在例如机载飞行记录器上或传输到例如MRO设施(处理框304)。还可以采集喷气发动机100的操作参数数据(处理框304)。操作参数数据可包括，例如入口温度、出口温度、供应压力、物理特性、化学特性、环境温度、燃烧器温度、压缩机出口压力、压缩机出口温度、高压转子速度、低压转子速度、阻尼器制造变化、轴承制造变化，阻尼器操作状况、轴承操作状况、发动机操作员、发动机操作区域和海拔。
在一些公开的实施例中，核心振动数据和操作参数数据可以由用户输入到预测诊断模型中，例如在处理框212和214中开发的模型，对于MRO数据库中的操作参数的每个给定的组合，具有核心振动-不平衡状态数据的线性组(处理框306)。例如，基于对于喷气发动机100的测量的振动数据和操作参数的最佳拟合，可以将输入的核心振动数据与历史不平衡和核心振动比率数据的线性组匹配(处理框308)。在一些实施例中，然后可以基于参数和响应的已知容限来完成对线性组的分配。响应容限可以作为第一实际响应、第二实际响应、第一预测响应和第二预测响应的函数来计算。负载容限可以作为实际高压压缩机不平衡、实际高压涡轮不平衡、预测高压压缩机不平衡和预测高压涡轮不平衡的函数来计算。
继续参考图6，所识别的一个或多个组的不平衡的估计的上限和下限然后用于两步随机森林预测(处理框310)。将具有第一幅度和第一相位的第一不平衡预测和具有第二幅度和第二相位的第二不平衡预测相对于第一核心振动比率作图。然后将第一不平衡、第一相位、第二不平衡、第二相位和第一核心振动比率相对于第二核心振动比率作图。然后使用随机森林预测模型，基于与历史数据值的比较来估计不平衡的幅度和位置(处理框312)。
根据由随机森林预测模型确定的所识别的不平衡的幅度和位置，然后可以生成发动机修理计划，该计划识别应该重新平衡哪个压缩机112、114或涡轮118、120以校正观察到的发动机振动和/或不平衡状态，识别发动机轴124、126上应该附接平衡重量的一个或多个位置。然后可以在发动机轴124、126上的一个或多个识别位置处附接所需质量的重物，以校正观察到的喷气发动机100的不平衡状态。有利地，这节省了与用于识别正确的发动机修理计划的常规试错方法相关联的技术人员时间和燃料成本，并且减少了当观察到不可接受的大的不平衡或核心振动时喷气发动机100必须留在修理车间中的时间。
在预测性发动机诊断方法300的一些实施例中，然后可以基于所识别的不平衡状态是否匹配在喷气发动机100的修理期间凭经验观察到的不平衡状态来评估识别的准确性。
在所公开的方法的一些实施例中，关于识别是准确还是不准确的数据可以进一步用于改进诊断模型。现在回到图2B所示，在一些实施例中，在处理框214中生成的各个分析模型可以在收集关于由预测模型生成的识别的准确性的信息时进行调整(处理框220)。在一个示例实施例中，模型被更新以考虑喷气发动机100中的不平衡位置的正确和不正确识别。
感兴趣的实施例的附加描述
条款1.一种用于校正喷气发动机的转子不平衡的方法，包括：
(a)基于数据库，针对不同的操作参数集生成一个或多个线性振动比率-不平衡关系组；
(b)针对振动比率-不平衡数据的每个线性组生成一个或多个单独的分析模型；
(c)记录喷气发动机的核心振动特征和操作参数集；
(d)将所述核心振动特征和操作参数集输入到步骤(b)的所述一个或多个单独的分析模型中；
(e)基于操作参数，识别最佳拟合线性组；
(f)通过将测量的核心振动特征与针对所述最佳拟合线性组记录的历史振动特征进行比较，确定不平衡状态；以及
(g)向所述喷气发动机的压缩机、涡轮、风扇叶片、风扇盘或其任何组合中的至少一个施加一个或多个重物。
条款2.根据条款1所述的方法，其中步骤(f)的所述不平衡状态进一步包括位置、幅度和相位分量。
条款3.根据前述条款中任一项所述的方法，其中步骤(f)进一步包括使用两步随机森林预测方法来识别所述位置、幅度和相位分量。
条款4.根据前述条款中任一项所述的方法，其中步骤(e)进一步包括估计所述最佳拟合线性组的可能不平衡值的上限和下限。
条款5.根据前述条款中任一项所述的方法，其中步骤(f)的所述确定进一步用于限定发动机修理计划的范围。
条款6.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述发动机修理计划进一步包括在步骤(g)的确定附接所述一个或多个重物的一个或多个位置，以校正所述不平衡状态。
条款7.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括评估步骤(f)的所述确定的准确性。
条款8.根据前述条款中任一项所述的方法，其中步骤(f)的所述确定的所述准确性的所述评估进一步用于更新所述模型和/或所述一个或多个线性振动比率-不平衡关系组。
条款9.一种用于确定喷气发动机的不平衡状态的模型，包括：
数据库，所述数据库包含相关的核心振动数据集、关键发动机操作参数和发动机不平衡状态；
输入功能，所述输入功能被构造为允许用户输入：
核心振动输入数据；
发动机操作参数；和
输出功能，所述输出功能被构造成基于所述核心振动输入数据和关键发动机操作参数来识别一个或多个发动机不平衡状态。
条款10.根据条款9所述的模型，其中所述核心振动输入数据是通过测量操作中的喷气发动机的一个或多个振动而获得的。
条款11.根据条款9-10中任一项所述的模型，其中核心振动输入数据是所测量的振动与最大振动容限或装运限制之间的比率的形式。
条款12.根据条款9-11中任一项所述的模型，其中发动机操作参数包括入口温度、出口温度、供应压力、物理特性、化学特性、环境温度、燃烧器温度、压缩机出口压力、压缩机出口温度、高压转子速度、低压转子速度、阻尼器制造变化、轴承制造变化、阻尼器操作状况、轴承操作状况、发动机操作员、发动机操作区域和海拔中的一个或多个。
条款13.根据条款9-12中任一项所述的模型，其中所述一个或多个发动机不平衡状态进一步包括位置、幅度和相位分量。
条款14.根据条款9-13中任一项所述的模型，其中输出功能进一步提供发动机修理计划。
条款15.一种开发用于确定发动机不平衡状态的模型的方法，包括：
(a)测量与喷气发动机相关的核心振动数据集和操作参数数据集；
(b)存储核心振动数据集和操作参数数据集；
(c)确定与核心振动数据集和操作参数数据集的组合相关联的发动机不平衡状态；
(d)重复步骤(a)-(c)，直到记录了足够的数据集以生成用于确定不平衡状态的预测模型；以及
(e)开发预测模型，用于基于所测量的核心振动和操作参数数据来确定一个或多个不平衡状态。
条款16.根据条款15所述的方法，其中步骤(e)进一步包括(i)基于数据库，针对不同的操作参数集生成一个或多个线性振动比率-不平衡关系组，以及(ii)针对振动比率-不平衡数据的每个线性组生成一个或多个单独的分析模型。
条款17.根据条款15-16中任一项所述的方法，其中步骤(e)进一步包括使用随机森林预测模型来确定所述一个或多个不平衡状态。
条款18.根据条款15-17中任一项所述的方法，其中步骤(e)的一个或多个不平衡状态进一步包括位置、幅度和相位分量。
条款19.根据条款15-18中任一项所述的方法，其中(b)进一步包括当所述核心振动数据集超过所述喷气涡轮发动机的核心振动装运限制或在所述喷气涡轮发动机的核心振动装运限制内时，存储核心振动数据集和操作参数数据集。
条款20.根据条款15-19中任一项所述的方法，其中步骤(e)的模型进一步用于基于所测量的核心振动数据和操作参数数据来确定发动机的不平衡状态。
条款21.根据条款15-20中任一项所述的方法，其中基于对从模型获得的一个或多个不平衡状态确定的准确性的评估来进一步更新步骤(e)的模型。
鉴于可以应用所公开的发明的原理的许多可能的实施例，应该认识到所示实施例仅是本发明的优选示例并且不应被视为限制本发明的范围。相反，本发明的范围由以下权利要求限定。因此，我们将所有落入这些权利要求的范围和精神内的内容作为我们的发明。
Claims (10)
1.一种用于校正喷气发动机的转子不平衡的方法，其特征在于，包括：
(a)基于数据库，针对不同的操作参数集生成一个或多个线性振动比率-不平衡关系组；
(b)针对振动比率-不平衡数据的每个线性组生成一个或多个单独的分析模型；
(c)记录喷气发动机的核心振动特征和操作参数集；
(d)将所述核心振动特征和操作参数集输入到步骤(b)的所述一个或多个单独的分析模型中；
(e)基于操作参数，识别最佳拟合线性组；
(f)通过将测量的核心振动特征与针对所述最佳拟合线性组记录的历史振动特征进行比较，确定不平衡状态；以及
(g)基于所确定的所述不平衡状态，向所述喷气发动机的压缩机、涡轮、风扇叶片和风扇盘或其任何组合中的至少一个施加一个或多个重物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中步骤(f)的所述不平衡状态进一步包括位置、幅度和相位分量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中步骤(f)进一步包括使用两步随机森林预测方法来识别所述位置、幅度和相位分量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中步骤(e)进一步包括估计所述最佳拟合线性组的可能不平衡值的上限和下限。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中步骤(f)的所述确定进一步用于限定发动机修理计划的范围。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，其中所述发动机修理计划进一步包括在步骤(g)中确定附接所述一个或多个重物的一个或多个位置，以校正所述不平衡状态。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述方法进一步包括评估步骤(f)的所述确定的准确性。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其中步骤(f)的所述确定的所述准确性的所述评估进一步用于更新所述模型和/或所述一个或多个线性振动比率-不平衡关系组。
9.一种用于确定喷气发动机的不平衡状态的模型，其特征在于，包括：
数据库，所述数据库包括相关的核心振动数据集、关键发动机操作参数和发动机不平衡状态；
输入功能，所述输入功能被构造为允许用户输入：
核心振动输入数据；
发动机操作参数；和
输出功能，所述输出功能被构造成基于所述核心振动输入数据和关键发动机操作参数来识别一个或多个发动机不平衡状态。
10.根据权利要求9所述的模型，其特征在于，其中所述核心振动输入数据是通过测量操作中的喷气发动机的一个或多个振动而获得的。
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