CN115585066A - 一种集成化智能燃油泵及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集成化智能燃油泵及其控制方法，包括：吸油口、壳体、出油口、扩散管、主轴、叶片、温压传感器、振动传感器、检测控制装置和无线传输装置；吸油口设于壳体上；出油口设于扩散管上；主轴位于壳体中部，用于带动叶片转动；壳体设有内嵌式安装槽，检测控制装置和无线传输装置以双层形式叠设于安装槽中；壳体的正面设有两个振动传感器，其中，一个振动传感器用于采集主轴轴向方向的燃油泵振动数据，另一个振动传感器用于采集主轴径向方向的燃油泵振动数据；壳体的背面设有一个温压传感器，用于采集壳体密封腔内燃油的温度数据和压力数据。解决了无法实时监测获取燃油泵工作状态问题。

Description

一种集成化智能燃油泵及其控制方法

技术领域

本发明涉及航空技术领域，具体而言，涉及一种集成化智能燃油泵及其控制方法，特别涉及一种集成化航空智能燃油泵及其控制方法。

背景技术

燃油泵是燃油系统的核心附件，能够为发动机提供规定流量和压力的燃油，其工作状态直接影响到航空发动机的性能，准确地监控燃油系统核心附件的工作状态是提升飞机燃油系统的安全可靠性进而提升飞行任务可靠性的重要基础；相关的应用于航空领域的燃油泵缺乏传感器布置，同时也不具备运行数据采集、存储与分析功能，这导致当前航空燃油泵的状态无法分析与诊断，难以支撑燃油系统与飞机的运行决策，难以保证飞机的安全性和任务可靠性，同时燃油泵缺少的运行数据难以支撑精确的故障诊断隔离，造成不必要的拆卸和测试，增加了维修工作时间和维修工作量，增多了飞机的保障规模，目前机上计算资源和空间均有限，给航空燃油系统的数据获取、分析增加了困难。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术存在的不足，为解决无法实时监测获取燃油泵工作状态的问题，本发明提供了一种集成化智能燃油泵及其控制方法。

第一方面，本发明提供了一种集成化智能燃油泵，包括：吸油口、壳体、出油口、扩散管、主轴、叶片、温压传感器、振动传感器、检测控制装置和无线传输装置；所述吸油口设于所述壳体上；所述出油口设于所述扩散管上；所述主轴位于所述壳体中部，用于带动所述叶片转动；所述壳体设有内嵌式安装槽，所述检测控制装置和无线传输装置均以双层形式叠设于所述安装槽中；所述壳体的正面设有两个所述振动传感器，其中，一个振动传感器用于采集所述主轴轴向方向的燃油泵振动数据，另一个振动传感器用于采集所述主轴径向方向的燃油泵振动数据；所述壳体的背面设有一个所述温压传感器，用于采集所述壳体密封腔内燃油的温度数据和压力数据。

在一些实施例中，所述振动传感器和所述温压传感器通过传输线连接所述检测控制装置，所述传输线通过固定胶或固定蜡固定于所述壳体。

在一些实施例中，所述检测控制装置包括电源接口和电源模块，飞机的电源系统通过电源接口对所述检测控制装置进行供电，所述检测控制装置通过电源模块对所述无线传输装置、温压传感器、振动传感器进行供电。

在一些实施例中，所述检测控制装置和所述无传输装置之间通过USB传输进行电源传输和数据传输。

在一些实施例中，所述振动传感器采集频率为0-50000Hz。

在一些实施例中，所述温压传感器采集频率为0-1000Hz。

在一些实施例中，所述振动传感器通过以下方式确定安装位置：建立所述集成化智能燃油泵仿真模型，对所述模型进行模态分析，确定振动源点，所述振动源点确定为所述振动传感器安装位置。

在一些实施例中，所述检测控制装置对采集的所述燃油泵振动数据进行预处理，所述预处理包括：均值检查、非空检查、正负比例检查，上下限检查、均方根范围检查、相邻点同值检查和异值点比例检查。

在一些实施例中，所述无线传输装置与机载控制终端或地面维护终端进行无线通讯。

第二方面，本发明还提供了一种如第一方面所述集成化智能燃油泵的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：S1，所述集成化智能燃油泵开始供油后，飞机的电源系统通过电源接口对所述检测控制装置进行供电；S2，所述检测控制装置通过电源模块对所述无线传输装置、温压传感器、振动传感器进行供电；S3，所述振动传感器将采集的振动数据和/或所述温压传感器将采集的温度数据、压力数据传输至所述检测控制装置；S4，所述检测控制装置对采集的振动数据和/或温度数据、压力数据进行预处理；S5，所述检测控制装置对预处理后的数据进行实时分析和实时储存；S6，所述无线传输装置将分析后的结果传输至机载控制终端或地面维护终端。

本发明具有以下有益效果：本发明通过传感器的合理布置，可以精确获得燃油泵的振动数据、温度数据和压力数据，通过将检测控制装置与无线传输装置以双层形式叠设于燃油泵壳体的安装槽中，为燃油泵提供数据采集、存储与处理功能，可以保证在不影响燃油泵正常工作的前提下，一方面增加燃油泵的运行数据采集功能，可以为燃油系统的维修决策提供燃油泵的信息支撑，使得燃油泵可以进行“自我诊断”，而不占用机上资源，同时，检测控制装置可以实时存储传感器原始采集数据和经过分析处理后的数据，为地面视情维修提供有力支撑；另一方面本发明通过对采集的数据进行预处理，有效保障数据的质量，并且本发明可以通过无线传输装置与飞机端和地面端均能进行无线传输；消除了不必要的大量繁琐的拆卸和测试，极大地缩短了维修工作时间，减少了维修工作量，缩小了飞机的保障队伍规模。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1示出了本发明一种集成化智能燃油泵的正面结构示意图；

图2示出了本发明一种集成化智能燃油泵的背面结构示意图；

图3示出了本发明一种集成化智能燃油泵的剖视结构示意图；

图4示出了本发明一种集成化智能燃油泵的控制方法流程示意图。

具体实施方式

现在将参照若干示例性实施例来论述本公开的内容。应当理解，论述了这些实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本公开的内容，而不是暗示对本公开的范围的任何限制。

如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”要被解读为“至少一个其他实施例”。

目前飞机机电部件仍以机械结构为主，缺乏状态自主监测、诊断等能力，传统的维修方式都是采用事后或定期维修的方式，需要经历停机后繁琐的拆装过程，再进行人工排查检修，工作效率低下且复杂，缺乏对飞机机电部件全面、准确的实时状态监测和故障诊断功能，未实现对飞机机电系统的安全和性能的实时预测评估，造成后勤保障困难，难以满足视情维护需求。

燃油泵是燃油系统的核心附件，能够为发动机提供规定流量和压力的燃油，其工作状态直接影响到航空发动机的性能，准确地监控燃油系统核心附件的工作状态是提升飞机燃油系统的安全可靠性进而提升飞行任务可靠性的重要基础；相关的应用于航空领域的燃油泵缺乏传感器布置，同时也不具备运行数据采集、存储与分析功能，这导致当前航空燃油泵的状态无法分析与诊断，难以支撑燃油系统与飞机的运行决策，难以保证飞机的安全性和任务可靠性，同时燃油泵缺少的运行数据难以支撑精确的故障诊断隔离，造成不必要的拆卸和测试，增加了维修工作时间和维修工作量，增多了飞机的保障规模，目前机上计算资源和空间均有限，给航空燃油系统的数据获取、分析增加了困难。

为解决上述技术问题，本发明实施例公开了一种集成化智能燃油泵，如图1所示，可以包括：吸油口8、壳体1、出油口10、扩散管11、主轴6、叶片(图中未示出)、温压传感器9、振动传感器2,4、检测控制装置7和无线传输装置3；吸油口8设于壳体1上；出油口10设于扩散管11上；主轴6位于壳体1中部，用于带动叶片转动；壳体1设有内嵌式安装槽5，检测控制装置7和无线传输装置3以双层形式叠设于安装槽5中；壳体1的正面设有两个振动传感器2,4，其中，一个振动传感器4用于采集主轴6轴向方向的燃油泵振动数据，另一个振动传感器2用于采集主轴6径向方向的燃油泵振动数据；壳体1的背面设有一个温压传感器9，用于采集壳体1密封腔内燃油的温度数据和压力数据。

在本实施例中，燃油泵在工作时，主轴6带动叶片一起转动，油液通过吸油口8被吸入壳体1，通过扩散管11增压后输出，当油液进入叶片间的通道式，通过叶片对油液的推动赋予油液能量，油液在自身所获得的的离心力的作用下，沿叶片被甩往出油口10，靠近吸油口8便产生了真空，靠该真空使得燃油泵可以不断的吸油和压油，进而按一定压力和流量供油，燃油泵中油液的温度和压力、以及燃油泵自身工作时产生的振动均对燃油泵自身结构产生影响，通过设置温压传感器9和振动传感器2,4可以实时获得对燃油泵产生较大影响的主要数据，为实时获得燃油泵的工作状态提供支持；检测控制装置7获得传感器采集燃油泵在运行过程中的温度、压力和振动数据，将数据保存，同时将采集的数据进行初步分析；保存的数据可以通过无线传输装置3进行数据传输。

在本实施例中，检测控制装置7可以通过无线传输装置3与地面维修终端进行无线通信连接，地面维修终端可以获取机载端燃油泵的运行数据，通过地面维修终端对获取数据全面的分析和处理，完成对机载燃油泵的故障诊断与定位，还可以进一步利用基于历史数据搭建的性能退化趋势预测模型，对运行数据的退化趋势进行预测获取剩余寿命并支撑检修决策。

在本实施例中，检测控制装置7和无线传输装置3以双层形式叠设于壳体1中，燃油泵壳体1外壳主要为弧面，且空间有限，通过双层的形式减小了占用壳体1的面积，同时壳体1的厚度也可以满足叠放后检测控制装置7和无线传输装置3的高度要求，同时，将检测控制装置7和无线传输装置3设于壳体1上，当燃油泵工作后，还可以利用流动的热量带走一部分检测控制装置7和无线传输装置3产生的热量，使其更稳定地工作。

在一些实施例中，燃油泵通过3D打印的方式将其内嵌式结构打印出来，与其余部分形成一体化结构，增加燃油泵强度。

在一些实施例中，无线传输装置3采用5G传输装置，5G传输可以更好地满足传输时延、带宽等要求。

在一些实施例中，振动传感器2,4和温压传感器9通过传输线连接检测控制装置7，传输线通过固定胶或固定蜡固定于壳体1。在本实施例中，检测控制装置7可通过传输线与传感器进行电源和数据的传输，并且，由于燃油泵在工作过程中会产生剧烈振动，传输线容易发生断裂，采用固定胶或者固定蜡进行固定可以避免传输线断裂，减少故障的发生，保证检测控制装置7数据采集连续性。

在一些实施例中，检测控制装置7包括电源接口和电源模块，飞机的电源系统通过电源接口对检测控制装置7进行供电，检测控制装置7通过电源模块对无线传输装置3、温压传感器9、振动传感器2,4进行供电。在本实施例中，无线传输装置3、温压传感器9、振动传感器2,4所需电源的电压均不同，飞机供电电压为28V直流电，飞机上的电源供给检测控制装置7后，电源模块会将其电压转换成不同结构所需的电压，保证各结构能正常工作。

在一些实施例中，检测控制装置7和无传输装置之间通过USB传输进行电源传输和数据传输。

在一些实施例中，振动传感器2,4采集频率为0-50000Hz。在本实施例中，振动信号属于高频信号，提高采集频率可以获得更精确的数据。

在一些实施例中，温压传感器9采集频率为0-1000Hz。

在一些实施例中，振动传感器2,4通过以下方式确定安装位置：建立集成化智能燃油泵仿真模型，对模型进行模态分析，确定振动源点，振动源点确定为振动传感器2,4安装位置。在本实施例中，在燃油泵工作时，其结构上个组成部分的振动强度不同，通过建立燃油泵仿真模型，并对其进行模态分析可以确定能最准确反映燃油泵振动强度的振动源点，将振动传感器2,4设置该振动源点可以保证数据的真实性。

在一些实施例中，检测控制装置7对采集的燃油泵振动数据进行预处理，预处理包括：均值检查、非空检查、正负比例检查，上下限检查、均方根范围检查、相邻点同值检查和异值点比例检查。在本实施例中，均值检查用于检查采集样本的平均值与标准样本的平均值之间是否有显著的差异，从而剔除有显著差异的样本，非空检查用于检查采集样本中是否有大量的空值信号，从而剔除有大量空值的样本，正负比例检查用于检查采集样本中振动信号的正值与负值的比例，从而剔除丢失大量正值或大量负值的样本，上下限检查用于检查采集样本中是否有大量的超过传感器量程的上下限，从而剔除超量程的样本，相邻点同值检查用于检查采集样本中是否有大量的相邻点的数值一致，从而剔除异常的样本，异值点比例检查用于检查采集样本中是否有大量的异常数值，从而剔除异常的样本，检测控制装置7通过温压传感器9与振动采集燃油泵中燃油的温度与压力、燃油泵的轴向和径向振动信号，同时，检测控制装置7将采集的信号通过信号预处理：均值检查、非空检查、正负比例检查，上下限检查、均方根范围检查、相邻点同值检查、异值点比例检查等，对采集的样本数据进行清洗，剔除异常数据点，提升数据的质量。在本实施例中，燃油泵运行中的振动包括其自身产生的振动，飞机其他设备工作时产生的振动，以及飞机飞行中，外界大气环境对飞机产生的振动，通过数据的预处理可以将干扰振动的数据进行剔除，保证振动数据的真实准确。

在一些实施例中，检测控制装置对采集的温度数据和压力数据进行时域分析，时域分析包括：峰值分析、均值分析和均方根值分析；检测控制装置对采集的振动数据进行时域分析、频域分析和时频域分析，时域分析包括：峭度分析、峰值分析、均值分析和均方根值分析；频域分析包括：频谱分析、倒频谱分析和包络谱分析；时频域分析包括：短时傅里叶变换、小波变换和经验模态分解。在本实施例中，对于压力、温度等低频信号而言，一般可以采用时域分析方法进行参数统计，时域诊断方法的最大特点是能直观的判断有无故障，但如信号的频率构成、幅值和频率变化情况等，是无法通过观察故障振动信号的时域波形获取的，故难以判断出故障的类型，因此，对振动类高频信号需要关注其频率成分变化，频域分析则是以傅里叶分析为基础，频谱分析通常能够提供比时域波形更加直观的特征信息，用于观察其基频、倍频以及噪声频带。由于机电产品采集到的振动一般为非线性非平稳信号，直接频谱分析导致谱模糊现象，其故障特征在频谱中无法直接识别，从而使得传统的故障诊断方法不再适用。因此对振动高频信号除了采用时域分析、频域分析方法之外，还需要采用时频分析等技术方法。时频域特征兼具时域特征的直观性和良好的时频聚集性，能够同时反映信号的时域和频域特性。常用的时频域分析方法主要有短时傅里叶变换、小波变换、经验模态分解等。可以实现非平稳信号的隐藏特征提取。

在一些实施例中，无线传输装置3与机载控制终端或地面维护终端进行无线通讯。在本实施例中，飞机机上端和地面端的计算资源存在差异，所述检测控制装置7将传感器采集的数据进行处理分析后，可以将处理结果发送至机载控制终端，共机上人员进行状态判断，飞机进入地面端后，可通过无线传输装置3将传感器采集的原始数据或检测控制装置7处理分析后的数据无线传输至地面维护终端，进行更全面的故障诊断以及寿命预测。

基于同一公开构思，本发明还公开了一种集成化智能燃油泵的控制方法，包括以下步骤：S1，集成化智能燃油泵开始供油后，飞机的电源系统通过电源接口对检测控制装置7进行供电；S2，检测控制装置7通过电源模块对无线传输装置3、温压传感器9、振动传感器2,4进行供电；S3，振动传感器2,4将采集的振动数据和/或温压传感器9将采集的温度数据、压力数据传输至检测控制装置7；S4，检测控制装置7对采集的振动数据和/或温度数据、压力数据进行预处理；S5，检测控制装置7对预处理后的数据进行实时分析和实时储存；S6，无线传输装置3将分析后的结果传输至机载控制终端或地面维护终端。本实施例中，集成化智能燃油泵可通过传感器实时采集其运行过程中的状态数据，传感器将采集的数据实时传输至检测控制装置7，检测控制装置7可将该原始传感器数据存储，也可以对该原始传感器数据进行处理、计算分析，实现对燃油泵状态的实时监测，得到燃油泵的工作状态，检测控制装置7可将燃油泵的工作状态实时发送至机上控制终端，机上人员可根据该实时工作状态进行相应操作，同时当飞机处于地面端时，地面人员可进一步通过无线传输装置3将检测控制装置7中存储的数据下载至地面分析设备，进行更全面的分析。

可以理解的是，本公开中“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。

进一步可以理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“上”、“下”、“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实施例和简化描述，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。

进一步可以理解的是，除非有特殊说明，“连接”包括两者之间不存在其他构件的直接连接，也包括两者之间存在其他元件的间接连接。

进一步可以理解的是，本公开实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种集成化智能燃油泵，其特征在于，所述集成化智能燃油泵包括：吸油口、壳体、出油口、扩散管、主轴、叶片、温压传感器、振动传感器、检测控制装置和无线传输装置；所述吸油口设于所述壳体上；所述出油口设于所述扩散管上；所述主轴位于所述壳体中部，用于带动所述叶片转动；所述壳体设有内嵌式安装槽，所述检测控制装置和无线传输装置均以双层形式叠设于所述安装槽中；所述壳体的正面设有两个所述振动传感器，其中，一个振动传感器用于采集所述主轴轴向方向的燃油泵振动数据，另一个振动传感器用于采集所述主轴径向方向的燃油泵振动数据；所述壳体的背面设有一个所述温压传感器，用于采集所述壳体密封腔内燃油的温度数据和压力数据。

2.根据权利要求1所述的一种集成化智能燃油泵，其特征在于，所述振动传感器和所述温压传感器通过传输线连接所述检测控制装置，所述传输线通过固定胶或固定蜡固定于所述壳体。

3.根据权利要求1所述的一种集成化智能燃油泵，其特征在于，所述检测控制装置包括电源接口和电源模块，飞机的电源系统通过电源接口对所述检测控制装置进行供电，所述检测控制装置通过电源模块对所述无线传输装置、温压传感器、振动传感器进行供电。

4.根据权利要求1所述的一种集成化智能燃油泵，其特征在于，所述检测控制装置和所述无传输装置之间通过USB传输进行电源传输和数据传输。

5.根据权利要求1所述的一种集成化智能燃油泵，其特征在于，所述振动传感器采集频率为0-50000Hz。

6.根据权利要求1所述的一种集成化智能燃油泵，其特征在于，所述温压传感器采集频率为0-1000Hz。

7.根据权利要求1所述的一种集成化智能燃油泵，其特征在于，所述振动传感器通过以下方式确定安装位置：建立所述集成化智能燃油泵仿真模型，对所述模型进行模态分析，确定振动源点，所述振动源点确定为所述振动传感器安装位置。

8.根据权利要求1所述的一种集成化智能燃油泵，其特征在于，所述检测控制装置对采集的所述燃油泵振动数据进行预处理，所述预处理包括：均值检查、非空检查、正负比例检查，上下限检查、均方根范围检查、相邻点同值检查和异值点比例检查。

9.根据权利要求1所述的一种集成化智能燃油泵，其特征在于，所述无线传输装置与机载控制终端或地面维护终端进行无线通讯。

10.一种如权利要求1-9任一项所述集成化智能燃油泵的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：S1，所述集成化智能燃油泵开始供油后，飞机的电源系统通过电源接口对所述检测控制装置进行供电；S2，所述检测控制装置通过电源模块对所述无线传输装置、温压传感器、振动传感器进行供电；S3，所述振动传感器将采集的振动数据和/或所述温压传感器将采集的温度数据、压力数据传输至所述检测控制装置；S4，所述检测控制装置对采集的振动数据和/或温度数据、压力数据进行预处理；S5，所述检测控制装置对预处理后的数据进行实时分析和实时储存；S6，所述无线传输装置将分析后的结果传输至机载控制终端或地面维护终端。

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