本技術涉及航空發(fā)動機，特別地，涉及一種民用航空渦軸發(fā)動機健康管理方法。

背景技術：

1、航空發(fā)動機健康管理是指通過機載的數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置獲取發(fā)動機性能、振動等各方面的工作狀態(tài)參數(shù)，基于這些數(shù)據(jù)對發(fā)動機壽命消耗、性能退化以及振動趨勢等情況進行評估，及時發(fā)現(xiàn)發(fā)動機存在的潛在問題，對未來可能發(fā)生的故障及失效作出預計，為發(fā)動機的使用維護決策提供支持，降低航空發(fā)動機在壽命期內(nèi)的使用成本，提高發(fā)動機運行過程的安全性。

2、目前市場上主流的民用航空渦軸發(fā)動機的健康狀態(tài)監(jiān)測一般是通過發(fā)動機控制單元實現(xiàn)，控制單元為了實現(xiàn)發(fā)動機的穩(wěn)定控制一般會采集轉速、壓力、溫度等發(fā)動機關鍵工作參數(shù)，控制單元采集到的參數(shù)除了用于控制計算和座艙指示外，還會將這些數(shù)據(jù)記錄在發(fā)參記錄器或者通過與直升機通訊記錄在飛參記錄器中，直升機返回地面后通過飛行后的飛參/發(fā)參判讀能夠對發(fā)動機工作狀態(tài)是否平穩(wěn)，滑油、轉速、扭矩等狀態(tài)參數(shù)是否存在超限等情況作出判斷，并根據(jù)結果按照維護手冊進行必要的檢查維護工作。

3、另外，有的民用航空渦軸發(fā)動機還會通過控制單元或者專門的歷史記錄裝置對發(fā)動機工作時間進行統(tǒng)計，并通過座艙顯示或者飛參記錄指示，地面維護人員據(jù)此進行必要的定期檢查和返廠更換等工作。

4、目前使用的通過發(fā)動機控制系統(tǒng)采集記錄進行數(shù)據(jù)收集和地面判讀的發(fā)動機健康狀態(tài)監(jiān)測的方法，屬于一種參數(shù)監(jiān)測及診斷不全面的非完全實時的發(fā)動機健康管理方法，其主要的欠缺點在于：

5、1.僅對一些關鍵的發(fā)動機控制相關參數(shù)進行采集記錄（轉速、溫度、壓力、扭矩）等，欠缺對發(fā)動機振動水平、機械磨損情況等重要健康狀態(tài)參數(shù)的監(jiān)測，尤其是在機載條件下對這些信號的特性評估；

6、2.診斷邏輯簡單，一般是通過設定參數(shù)高、低閾值的方法進行異常判斷，不具備趨勢判斷以及多源數(shù)據(jù)綜合診斷的能力，性能計算僅進行簡單的性能參數(shù)邊界和匹配性檢測，沒有對性能的個體化差異以及衰減變化情況考慮，容易導致對實際性能惡化的誤警和漏警。

7、3.時效性較差，除了座艙顯示的關鍵參數(shù)和告警信息，其他參數(shù)的變化情況只能通過地面參數(shù)判讀獲取，數(shù)據(jù)往運營商和oem廠商的傳輸依賴人工操作，并且數(shù)據(jù)甄別缺乏全面性。

技術實現(xiàn)思路

1、本技術提供了一種民用航空渦軸發(fā)動機健康管理方法，以解決現(xiàn)有發(fā)動機健康狀態(tài)監(jiān)測的方法存在監(jiān)測數(shù)據(jù)類型不全面、易誤警和漏警、數(shù)據(jù)時效性較差的技術問題。

2、本技術采用的技術方案如下：

3、一種民用航空渦軸發(fā)動機健康管理方法，包括以下步驟：

4、s1、健康監(jiān)視單元接收振動傳感器采集的機械振動電荷信號進行處理得到機械振動的時域有效值va、燃氣渦輪轉子頻域特征值vng、動力渦輪轉子的頻域特征值vnp，并與內(nèi)置的基于發(fā)動機工作狀態(tài)的不同工況下振動基準對比計算總量偏差δf以及頻域偏差，所述頻域偏差包括燃氣渦輪轉子基頻裕度偏差δfng、動力渦輪轉子基頻裕度偏差δfnp，若總量偏差δf以及頻域偏差δfng、δfnp超過健康監(jiān)視單元內(nèi)部設定的限定值則判斷振動處于異常狀態(tài)；

5、s2、健康監(jiān)視單元接收在滑油回油路上配置的磁場感應式磨屑傳感器通過磁場擾動感應產(chǎn)生的電信號進行放大、轉換和特征提取得到不同類型金屬屑顆粒的個數(shù)和尺寸，其中，不同類型金屬屑顆粒包括鐵磁性金屬屑顆粒和非鐵磁性金屬屑顆粒，若規(guī)定時間內(nèi)的鐵磁性金屬屑顆粒數(shù)量和非鐵磁性金屬屑顆粒數(shù)量與設定閾值的鐵磁性金屬機械磨損偏差δfe和非鐵磁性金屬機械磨損偏差δnfe大于健康監(jiān)視單元內(nèi)部設定的限定值時，則判斷存在異常的機械磨損；

6、s3、健康監(jiān)視單元接收燃氣渦輪轉速傳感器、動力渦輪轉速傳感器、發(fā)動機溫度傳感器、發(fā)動機進口壓力傳感器實測的發(fā)動機轉速、溫度、扭矩發(fā)動機進口壓力進行處理得到發(fā)動機當前狀態(tài)的標準換算轉速-溫度-功率，并與健康監(jiān)視單元的內(nèi)置性能特征參數(shù)模型進行對比計算得到性能偏差，包括渦輪前溫度裕度偏差δt45、功率裕度偏差δp，若性能偏差δp和δt45大于健康監(jiān)視單元內(nèi)部設定的限定值時則判斷發(fā)動機性能存在超限；

7、s4、通過實測的發(fā)動機轉速、溫度、運轉時間，確定發(fā)動機葉片、輪盤的載荷系數(shù)，計算得到實際的損傷消耗和循環(huán)數(shù)消耗，并通過與健康監(jiān)視單元內(nèi)置的歷史壽命記錄比較，確定當前過程的實際剩余壽命偏差，包括實際循環(huán)壽命剩余偏差δzc、實際損傷壽命剩余偏差δzs，若實際剩余壽命偏差大于健康監(jiān)視單元內(nèi)部設定的限定值時，則判斷壽命異常；

8、s5、根據(jù)總量偏差δf以及頻域偏差δfng和δfnp、性能偏差δp和δt45、實際剩余壽命偏差、機械磨損偏差δfe和δnfe確定發(fā)動機性能健康綜合權重和以及發(fā)動機機械結構健康綜合權重；

9、s6、若任一項偏差超過了健康監(jiān)視單元內(nèi)部設定的限定值，或者，發(fā)動機性能健康綜合權重和以及發(fā)動機機械結構健康綜合權重中的任意一項超過了健康監(jiān)視單元內(nèi)置的限定值，則判斷發(fā)動機健康狀態(tài)異常，并僅將當前時段發(fā)動機特征參數(shù)和原始的數(shù)據(jù)片段通過衛(wèi)星通訊模塊發(fā)送到地面的接收終端，其中，所述發(fā)動機特征參數(shù)包括轉速、溫度、功率、振動總量、轉子基頻振動、累計磨損顆粒數(shù)量、累計工作時數(shù)、剩余損傷壽命和循環(huán)數(shù)。

10、進一步地，所述步驟s2中還包括步驟：

11、發(fā)動健康監(jiān)視單元還采集滑油磨屑傳感器后端設置的濾網(wǎng)式金屬屑收集裝置的電阻值rc，用于確定是否存在實際的金屬屑顆粒被收集；

12、所述步驟s2中，判斷存在異常的機械磨損時，還需滿足以下必要條件：當健康監(jiān)視單元監(jiān)測的電阻值rc超出合理區(qū)間時。

13、進一步地，步驟s6具體還包括步驟：

14、若判斷發(fā)動機健康狀態(tài)正常，健康監(jiān)視單元將采集到的各類數(shù)據(jù)存在存儲器內(nèi)。

15、進一步地，步驟s6具體還包括步驟：

16、當具備基于地面基站的無線通訊連接條件時，通過健康監(jiān)視單元內(nèi)置的無線通訊模塊將存儲器內(nèi)的內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)完整傳輸?shù)降孛娼K端。

17、進一步地，所述無線通訊模塊采用4g或5g通訊模塊。

18、進一步地，步驟s1中，所述健康監(jiān)視單元接收振動傳感器采集的機械振動電荷信號進行處理得到機械振動的時域有效值va、燃氣渦輪轉子頻域特征值vng、動力渦輪轉子的頻域特征值vnp，具體包括步驟：

19、所述健康監(jiān)視單元接收分別位于發(fā)動機外機匣的附件機匣高溫振動傳感器和位于渦輪機匣的渦輪高溫振動傳感器采集的機械振動電荷信號，經(jīng)電荷放大以后轉換為模擬信號，接著通過a／ｄ轉換獲取振動加速信號，再通過內(nèi)部的數(shù)據(jù)積分器獲取振動的速度信號；

20、基于上述信號，健康監(jiān)視單元根據(jù)采樣頻率和振動加速度值以均方根計算的方式獲取振動的時域有效值va；

21、通過結合燃氣渦輪轉速傳感器、動力渦輪轉速傳感器采集脈沖觸發(fā)的信號互相關計算獲取燃氣渦輪轉子頻域特征值vng、動力渦輪轉子的頻域特征值vnp。

22、進一步地，步驟s2中，規(guī)定時間內(nèi)的鐵磁性金屬屑顆粒數(shù)量和非鐵磁性金屬屑顆粒數(shù)量采用以下方式確定：

23、；；

24、其中，mfe為鐵磁性金屬屑顆粒數(shù)量，tm為檢測到的鐵磁類顆粒類別數(shù)，αt為每類鐵磁性顆粒的當量折算系數(shù)，mt為周期每類鐵磁性顆粒個數(shù)，mnef為非鐵磁性金屬屑顆粒數(shù)量，tn為檢測到的非鐵磁類顆粒類別數(shù)，βt為每類非鐵磁性顆粒的當量折算系數(shù)，nt為周期每類非鐵磁性顆粒個數(shù)。

25、進一步地，步驟s5中，發(fā)動機性能健康綜合權重具體計算式為：

26、τp=s1×+?s2×+?s3×+?s4×；

27、式中，s1、s2、s3、s4為權重系數(shù)，δzc為實際循環(huán)壽命剩余偏差，δzs為實際損傷壽命剩余偏差。

28、進一步地，步驟s5中，發(fā)動機機械結構健康綜合權重具體計算式為：

29、τm=k1×δf?+?k2×δfng?+?k3×δfnp?+?k4×δfe?+?k5×δnfe；

30、式中，k1、k2、k3、?k4、k5為權重系數(shù)。

31、進一步地，步驟s6中，所述衛(wèi)星通訊模塊采用北斗衛(wèi)星短報文數(shù)據(jù)通信模塊。

32、相比現(xiàn)有技術，本技術具有以下有益效果：

33、本技術提供了一種民用航空渦軸發(fā)動機健康管理方法，該方法一方面以健康監(jiān)視單元為機載核心，具備振動、滑油顆粒、轉速、溫度、壓力、扭矩等多類型參數(shù)監(jiān)測，提高了發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)視的全面性，為準確評估發(fā)動機健康狀態(tài)提供了豐富全面的數(shù)據(jù)支撐；另一方面，本技術在進行發(fā)動機異常評估和趨勢分析時，不僅僅考慮單個監(jiān)測參數(shù)，還會綜合考慮單個發(fā)動機性能健康綜合權重和以及發(fā)動機機械結構健康綜合權重，即考慮了各監(jiān)測參數(shù)的關聯(lián)性，基于發(fā)動機振動異常、機械磨損、剩余壽命、性能退化等多源信息綜合進行發(fā)動機健康狀態(tài)判斷，避免多個監(jiān)測參數(shù)關聯(lián)下導致對實際性能惡化的誤警和漏警；第三方面，本技術在判斷發(fā)動機健康狀態(tài)異常后，并僅將當前時段發(fā)動機特征參數(shù)和原始的數(shù)據(jù)片段等關鍵數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星通訊模塊發(fā)送到地面的接收終端，從而，既保證了發(fā)動機健康評估數(shù)據(jù)的傳輸時效性，方便地面系統(tǒng)進行相應的實時處理分析并反饋提出處理措施，同時減少衛(wèi)星通訊數(shù)據(jù)的傳輸量，降低衛(wèi)星數(shù)據(jù)資源的昂貴成本，兼顧了時效性和經(jīng)濟性。

34、除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本技術還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本技術作進一步詳細的說明。