本申請(qǐng)涉及航空機(jī)電，尤其涉及一種渦輪冷卻器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的傳感器優(yōu)化布局方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、渦輪冷卻器屬于飛機(jī)環(huán)控系統(tǒng)的核心部件，利用來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)的壓縮熱空氣，經(jīng)前級(jí)冷卻后，進(jìn)入燃油—空氣換熱器換熱后沿渦輪冷卻器蝸殼流入噴嘴環(huán)處，高速流動(dòng)的空氣由噴嘴環(huán)進(jìn)入渦輪盤(pán)葉片，沖擊葉輪旋轉(zhuǎn)做功，空氣膨脹，壓力降低，溫度下降，空氣的動(dòng)能和焓降轉(zhuǎn)換為機(jī)械功，這部分功由風(fēng)扇消耗掉?？諝鈱?duì)渦輪盤(pán)的葉片作功后，以低壓和低溫離開(kāi)渦輪冷卻器，供往飛機(jī)座艙和儀表艙，而部分空氣被用來(lái)冷卻渦輪冷卻器的軸承。

2、渦輪冷卻器作為高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械在試驗(yàn)和使用過(guò)程中，時(shí)常發(fā)生卡滯、斷裂、異常磨損等故障，一旦出現(xiàn)故障將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果，甚至影響飛行安全，如何在早期發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品運(yùn)行異常并對(duì)故障進(jìn)行診斷，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。

3、目前飛機(jī)的渦輪冷卻器仍以純機(jī)械產(chǎn)品為主，監(jiān)測(cè)手段較為匱乏，仍以定期人工維護(hù)為主，易造成故障問(wèn)題發(fā)現(xiàn)不及時(shí)且故障定位不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致擴(kuò)散或頻繁檢查帶來(lái)的成本與拆裝風(fēng)險(xiǎn)增加。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N渦輪冷卻器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的傳感器優(yōu)化布局方法和裝置，可在線監(jiān)測(cè)渦輪冷卻器運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)獲取故障信息，實(shí)現(xiàn)高精度故障定位。

2、具體地，本申請(qǐng)是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本申請(qǐng)第一方面提供一種渦輪冷卻器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的傳感器優(yōu)化布局方法，所述方法包括：

4、基于渦輪冷卻器故障監(jiān)測(cè)信號(hào)類(lèi)型及故障覆蓋率指標(biāo)確定傳感器類(lèi)型；

5、建立渦輪冷卻器仿真模型；

6、獲取故障信號(hào)，將所述故障信號(hào)輸入所述仿真模型，所述故障信號(hào)至少包括運(yùn)行參數(shù)和振動(dòng)參數(shù)；

7、基于所述仿真模型的輸出結(jié)果與所述故障信號(hào)的相關(guān)性分析識(shí)別故障敏感監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確定傳感器布局位置；

8、基于所述傳感器布局位置和所述傳感器類(lèi)型布設(shè)所述渦輪冷卻器的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器。

9、本申請(qǐng)第二方面提供一種渦輪冷卻器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的傳感器優(yōu)化布局裝置，所述裝置包括確定模塊、建立模塊、輸入模塊、識(shí)別模塊和布設(shè)模塊；

10、其中，所述確定模塊，用于基于渦輪冷卻器故障監(jiān)測(cè)信號(hào)類(lèi)型及故障覆蓋率指標(biāo)確定傳感器類(lèi)型；

11、所述建立模塊，用于建立渦輪冷卻器仿真模型；

12、所述輸入模塊，用于獲取故障信號(hào)，將所述故障信號(hào)輸入所述仿真模型，所述故障信號(hào)至少包括運(yùn)行參數(shù)和振動(dòng)參數(shù)；

13、所述識(shí)別模塊，用于基于所述仿真模型的輸出結(jié)果與所述故障信號(hào)的相關(guān)性分析識(shí)別故障敏感監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確定傳感器布局位置；

14、所述布設(shè)模塊，用于基于所述傳感器布局位置和所述傳感器類(lèi)型布設(shè)所述渦輪冷卻器的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器。

15、本申請(qǐng)?zhí)峁┑臏u輪冷卻器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的傳感器優(yōu)化布局方法和裝置，通過(guò)選擇對(duì)應(yīng)的能夠敏感識(shí)別渦輪冷卻器故障信號(hào)類(lèi)型的傳感器，可準(zhǔn)確收集到故障信號(hào)，實(shí)現(xiàn)故障的精準(zhǔn)判斷，且從故障機(jī)理分析和基于智能優(yōu)化算法分析確定用于健康狀態(tài)識(shí)別的傳感器布局，既避免了過(guò)多安裝傳感器導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)限制和經(jīng)濟(jì)成本過(guò)高和信息冗余，又避免了過(guò)少安裝傳感器導(dǎo)致的健康狀態(tài)識(shí)別能力不足，無(wú)法實(shí)現(xiàn)故障提前預(yù)警，影響系統(tǒng)安全；此外，通過(guò)考慮振動(dòng)傳遞特性、故障模式與故障振動(dòng)特征、實(shí)際安裝條件等多種因素，確定最優(yōu)測(cè)點(diǎn)。首先轉(zhuǎn)速直接表征了渦輪冷卻器的運(yùn)行工況，當(dāng)轉(zhuǎn)速發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，產(chǎn)品肯定出了問(wèn)題；其次為溫度信號(hào)，由于溫度監(jiān)測(cè)存在慣性，且容易被環(huán)境影響，當(dāng)故障嚴(yán)重的一定程度后才能有所表征，因此需要直接在故障發(fā)熱源進(jìn)行信號(hào)采集，否則容易丟失相關(guān)信息；振動(dòng)對(duì)故障較為敏感，在故障早期就能有所表征。但振動(dòng)信號(hào)容易受到渦輪外界工作環(huán)境以及傳遞路徑的干擾，特征不明顯，需要直接在激勵(lì)源采集信號(hào)，且渦輪典型故障對(duì)徑向振動(dòng)影響較大，因此僅通過(guò)采集徑向振動(dòng)即可識(shí)別故障，可以省去軸向傳感器的布置（一是軸向布置難度大、二是信號(hào)特征不明顯），此外，通過(guò)優(yōu)化傳感器布局位置，可以提高故障檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確性，減少誤報(bào)和漏報(bào)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量信號(hào)采集，對(duì)直接獲取信號(hào)故障特征、降低內(nèi)外環(huán)境干擾、支撐信號(hào)分析，實(shí)現(xiàn)高精度故障定位具有重要意義。這樣，建立一種渦輪冷卻器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的傳感器布局優(yōu)化方法，健康狀態(tài)識(shí)別準(zhǔn)確度高，可用于渦輪冷卻器在機(jī)載使用過(guò)程中的健康狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷，支撐渦輪冷卻器快速故障定位與維修保障。

技術(shù)特征：

1.一種渦輪冷卻器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的傳感器優(yōu)化布局方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于渦輪冷卻器故障監(jiān)測(cè)信號(hào)類(lèi)型及故障覆蓋率指標(biāo)確定傳感器類(lèi)型，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述故障監(jiān)測(cè)信號(hào)類(lèi)型和所述故障覆蓋率指標(biāo)確定目標(biāo)傳感器類(lèi)型，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述仿真模型的輸出結(jié)果與所述故障信號(hào)的相關(guān)性分析識(shí)別故障敏感監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確定傳感器布局位置，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述分析所述輸出結(jié)果的傳播方式及傳播路徑，得到分析結(jié)果，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述仿真模型的輸出結(jié)果與所述故障信號(hào)的相關(guān)性分析識(shí)別故障敏感監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確定傳感器布局位置，還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立渦輪冷卻器仿真模型，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于確定的所述傳感器布局位置測(cè)量實(shí)際故障監(jiān)測(cè)參數(shù)，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述仿真模型的輸出結(jié)果與所述故障信號(hào)的相關(guān)性分析識(shí)別故障敏感監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確定傳感器布局位置，包括：

10.一種渦輪冷卻器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的傳感器優(yōu)化布局裝置，其特征在于，所述裝置包括確定模塊、建立模塊、輸入模塊、識(shí)別模塊和布設(shè)模塊；

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N渦輪冷卻器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的傳感器優(yōu)化布局方法和裝置，屬于航空機(jī)電領(lǐng)域。本申請(qǐng)?zhí)峁┑姆椒?，包括基于渦輪冷卻器故障監(jiān)測(cè)信號(hào)類(lèi)型及故障覆蓋率指標(biāo)確定傳感器類(lèi)型；建立渦輪冷卻器仿真模型；獲取故障信號(hào)，將所述故障信號(hào)輸入所述仿真模型，所述故障信號(hào)至少包括運(yùn)行參數(shù)和振動(dòng)參數(shù)；基于所述仿真模型的輸出結(jié)果與所述故障信號(hào)的相關(guān)性分析識(shí)別故障敏感監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確定傳感器布局位置；基于所述傳感器布局位置和所述傳感器類(lèi)型布設(shè)所述渦輪冷卻器的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器。本申請(qǐng)?zhí)峁┑臏u輪冷卻器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)的傳感器優(yōu)化布局方法和裝置，可在線監(jiān)測(cè)渦輪冷卻器運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)獲取故障信息，實(shí)現(xiàn)高精度故障定位。

技術(shù)研發(fā)人員：郭文軍,孫凌云,張自來(lái),姚葉明,常誠(chéng),王小平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司金城南京機(jī)電液壓工程研究中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19