本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)領(lǐng)域，具體地說是一種基于狀態(tài)基線的航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路單元體健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法。

背景技術(shù)：
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面向?qū)ο螅汉娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)為飛機(jī)提供推進(jìn)力，其健康的工作狀態(tài)是維持飛行安全，控制運(yùn)作成本的重要保證。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能主要取決于多個(gè)氣路單元體的性能，對(duì)單元體的性能進(jìn)行具有針對(duì)性的評(píng)價(jià)是解決發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能評(píng)價(jià)問題的根本途徑之一。

技術(shù)難點(diǎn)：航空發(fā)動(dòng)機(jī)單元體的性能由其固有的氣動(dòng)熱力學(xué)特性決定，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的使用循環(huán)數(shù)的增加，單元體的工作性能會(huì)產(chǎn)生緩慢的衰退。理論上來說，如果能夠精確計(jì)算出待評(píng)價(jià)單元體的效率、流量、壓縮比等氣動(dòng)熱力學(xué)特性的劣化程度，即可實(shí)現(xiàn)單元體健康狀態(tài)的評(píng)價(jià)。然而，在發(fā)動(dòng)機(jī)的不同飛行任務(wù)中，發(fā)動(dòng)機(jī)單元體通常工作在具有多重維度且多變的工況下，一般來說，這些工況的轉(zhuǎn)換對(duì)單元體工作特性的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于性能劣化所導(dǎo)致的工作特性的微小漂移，而由于發(fā)動(dòng)機(jī)在日常的飛行任務(wù)中受飛行高度、巡航馬赫數(shù)、起飛重量等不同工況的影響，其工作點(diǎn)彌散在范圍寬廣的工作包絡(luò)空間內(nèi)，使得評(píng)價(jià)任務(wù)中所關(guān)注的性能衰退引起的數(shù)據(jù)漂移現(xiàn)象極容易被工況信息淹沒；此外，考慮到全球發(fā)動(dòng)機(jī)使用方的決策過程普遍缺乏產(chǎn)品的設(shè)計(jì)背景知識(shí)的支持的現(xiàn)狀，更是進(jìn)一步加深了發(fā)動(dòng)機(jī)單元體的健康狀態(tài)推理難度，從而造成了全球發(fā)動(dòng)機(jī)使用方的空有大量歷史數(shù)據(jù)積累而難以加以有效利用的被動(dòng)局面。

理論背景：作為故障診斷領(lǐng)域的狀態(tài)/參數(shù)估計(jì)法的一種衍生方法，基于狀態(tài)基線的航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)性能評(píng)價(jià)方法于20世紀(jì)70年代被提出。該種方法分為兩個(gè)步驟：首先，通過對(duì)健康狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)工況參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)的收集，歸納出運(yùn)行參數(shù)與工況參數(shù)的函數(shù)關(guān)系或?qū)φ毡恚鳛榘l(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)工作包絡(luò)空間內(nèi)的狀態(tài)基線；而后對(duì)比待評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)與狀態(tài)基線的偏差得到消除工況影響的偏差值，并把偏差值帶入狀態(tài)評(píng)價(jià)算法以評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)運(yùn)行性能。由于該種方法在發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)評(píng)價(jià)及故障診斷領(lǐng)域內(nèi)表現(xiàn)出的良好的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和普適性，目前普遍地被全球各發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控服務(wù)供應(yīng)方應(yīng)用于自身的發(fā)動(dòng)機(jī)性能監(jiān)控軟件平臺(tái)。盡管基于狀態(tài)基線的發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法已經(jīng)頗為成熟，然而，將這個(gè)思想進(jìn)一步深化到部件層面，即利用發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部氣路參數(shù)歷史數(shù)據(jù)挖掘基于狀態(tài)基線的航空發(fā)動(dòng)機(jī)單元體性能評(píng)價(jià)方法，則是一個(gè)具備一定理論基礎(chǔ)和初步驗(yàn)證效果，卻完成形成系統(tǒng)性研究和形成應(yīng)用案例的技術(shù)發(fā)展點(diǎn)。

應(yīng)用基礎(chǔ)：為滿足飛機(jī)適航指令規(guī)定提出的相關(guān)安全性要求，全球各航空公司普遍遵循ARINC724B協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，采用無線電通訊手段，即飛機(jī)通信尋址及報(bào)告系統(tǒng)(ACARS)將飛機(jī)巡航過程中測量到的多種狀態(tài)參數(shù)以報(bào)文的形式傳送回地面監(jiān)控中心，該報(bào)文包含了飛機(jī)經(jīng)緯度、飛機(jī)總重、高度、馬赫數(shù)等飛機(jī)飛行狀態(tài)信息，也包含了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、燃油流量、排氣溫度等發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)信息。目前，全球各大航空公司的不同型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)隊(duì)都已經(jīng)形成一定規(guī)模且針對(duì)各型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)都收集有豐富的ACARS報(bào)文歷史數(shù)據(jù)，如果能夠?qū)@些大量數(shù)據(jù)加以合理利用，則足以從數(shù)據(jù)層面支持本申請中提出的發(fā)動(dòng)機(jī)氣路單元體健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足，提出了一種幫助航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用方和維修方克服發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)知識(shí)不足方面的困難，可以利用發(fā)動(dòng)機(jī)歷史巡航信息對(duì)各單元體的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而提升使用方的發(fā)動(dòng)機(jī)健康狀態(tài)監(jiān)控能力和維修方的發(fā)動(dòng)機(jī)維修策略制定能力的基于狀態(tài)基線的航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路單元體健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于狀態(tài)基線的航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路單元體健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，其特征在于包括如下步驟：

步驟A，確定本評(píng)價(jià)體系需要獲取的發(fā)動(dòng)機(jī)巡航狀態(tài)參數(shù)集合，并以此集合為依據(jù)劃定樣本庫覆蓋范圍，以劃定的覆蓋范圍為依據(jù)解析ACARS報(bào)文，收集發(fā)動(dòng)機(jī)歷史巡航數(shù)據(jù)，建立發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)隊(duì)狀態(tài)基線訓(xùn)練樣本庫；

步驟B，確定需要監(jiān)控的單元體性能指標(biāo)，分析單元體工作特性影響因素，建立各單元體狀態(tài)基線模型；

步驟C，從機(jī)隊(duì)狀態(tài)基線訓(xùn)練樣本庫中選擇相應(yīng)歷史數(shù)據(jù)，對(duì)各單元體狀態(tài)基線模型進(jìn)行訓(xùn)練，獲得單元體狀態(tài)基線；

步驟D，在對(duì)單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的某單元體進(jìn)行健康狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)，需首先將按計(jì)算公式得來的單元體性能評(píng)價(jià)指標(biāo)與對(duì)應(yīng)的狀態(tài)基線數(shù)值作差，獲取偏差值序列，而后將偏差值序列進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和平滑，以準(zhǔn)確評(píng)估單元體的緩慢性能衰退過程。

作為本發(fā)明發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)隊(duì)狀態(tài)基線訓(xùn)練樣本庫的獲取步驟，所述步驟A具體步驟如下：

步驟A1：根據(jù)大涵道比雙轉(zhuǎn)子航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特征，分析ACARS報(bào)文的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按種類、來源、測量位置對(duì)參數(shù)種類進(jìn)行劃分，歸納出發(fā)動(dòng)機(jī)歷次巡航過程中可測得的如飛機(jī)巡航重量、指示空速等飛行狀態(tài)參數(shù)列表；

步驟A2：分析ACARS報(bào)文，歸納出發(fā)動(dòng)機(jī)歷次巡航過程中可測得的如高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、燃油流量、排氣溫度、可調(diào)放氣活門和可調(diào)靜子轉(zhuǎn)葉等發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)測量參數(shù)列表；

步驟A3：根據(jù)分析得到的飛行狀態(tài)參數(shù)列表和發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)測量參數(shù)列表，截取并整理機(jī)隊(duì)內(nèi)同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)以全新狀態(tài)投入使用后若干個(gè)循環(huán)(一般認(rèn)為小于100循環(huán))的表中所列參數(shù)數(shù)據(jù)，作為機(jī)隊(duì)狀態(tài)基線訓(xùn)練樣本庫。

作為本發(fā)明中單元體性能指標(biāo)計(jì)算方法確定及狀態(tài)基線模型建立步驟，所述步驟B的具體步驟如下：

步驟B1：結(jié)合氣動(dòng)熱力學(xué)知識(shí)和發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性，篩選出能夠顯著影響發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能且隨發(fā)動(dòng)機(jī)使用循環(huán)數(shù)增加會(huì)出現(xiàn)較明顯變化的單元體工作特性。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合巡航報(bào)文的參數(shù)種類覆蓋情況、單元體工作特性穩(wěn)定性分析結(jié)果以及單元體工作特性的可追溯性分析結(jié)果，針對(duì)各單元體歸納出能準(zhǔn)確反映其狀態(tài)劣化程度的性能指標(biāo)并確定其計(jì)算公式；

步驟B2：針對(duì)各個(gè)單元體，以步驟B1步歸納出的性能指標(biāo)作為單元體的狀態(tài)基線的函數(shù)值，分析影響單元體狀態(tài)基線函數(shù)數(shù)值的工作環(huán)境、控制量等可測變量。以這些可測變量作為狀態(tài)基線函數(shù)的自變量，結(jié)合這些變量對(duì)基線函數(shù)數(shù)值的影響規(guī)律建立各單元體狀態(tài)基線函數(shù)模型并確定模型中待定系數(shù)的個(gè)數(shù)和位置。

作為本發(fā)明中單元體狀態(tài)基線模型訓(xùn)練步驟，所述步驟C的具體步驟如下：

步驟C1：針對(duì)各個(gè)單元體的狀態(tài)基線函數(shù)中所包含的自變量和狀態(tài)基線函數(shù)值，按條目選取機(jī)隊(duì)狀態(tài)基線訓(xùn)練樣本庫中的對(duì)應(yīng)歷史記錄參數(shù)，利用回歸方法得出狀態(tài)基線函數(shù)式模型中的待定系數(shù)的最優(yōu)估計(jì)，繼而繪制出各單元體的狀態(tài)基線。

作為本發(fā)明中發(fā)動(dòng)機(jī)單元體健康狀態(tài)評(píng)價(jià)過程，所述步驟D的具體步驟如下：

步驟D1：針對(duì)待評(píng)價(jià)單元體，提取發(fā)動(dòng)機(jī)單次飛行循環(huán)數(shù)據(jù)記錄，將記錄中的工作環(huán)境、控制量和發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)代入到步驟C1所獲得的單元體狀態(tài)基線函數(shù)式，求得該工況所對(duì)應(yīng)的單元體狀態(tài)基線函數(shù)數(shù)值；

步驟D2：將同條記錄中的飛機(jī)飛行狀態(tài)及發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)代入步驟B1中歸納得到的單元體特性指標(biāo)計(jì)算公式，求得單元體特性指標(biāo)實(shí)際值；

步驟D3：將單元體特性指標(biāo)實(shí)際值與狀態(tài)基線值作差，求出當(dāng)次巡航中單元體特性指標(biāo)偏差值；

步驟D4：將步驟D1至步驟D3中的操作擴(kuò)展到待評(píng)價(jià)單元體自本次投入使用(全新或修后)至今的歷次巡航記錄上，在各時(shí)間點(diǎn)重復(fù)步驟D1至步驟D3，獲取特性指標(biāo)偏差值隨發(fā)動(dòng)機(jī)使用循環(huán)數(shù)增加而變化的時(shí)間序列；

步驟D5：對(duì)步驟D4中得到的單元體特性指標(biāo)衰退序列進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到相對(duì)偏差值變化時(shí)間序列；

步驟D6：利用30點(diǎn)移動(dòng)平均法對(duì)步驟D5中獲取的相對(duì)偏差值序列進(jìn)行平滑，得到較光滑的單元體特性指標(biāo)衰退序列，并最終實(shí)現(xiàn)單元體衰退程度評(píng)價(jià)目的。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與領(lǐng)域內(nèi)其他已知技術(shù)方案相比，具有如下技術(shù)優(yōu)勢：(1)本發(fā)明提出的單元體健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法所需數(shù)據(jù)均來自于ACARS報(bào)文，ACARS系統(tǒng)源自ARINC724B標(biāo)準(zhǔn)，目前該標(biāo)準(zhǔn)被全球民航業(yè)所共同采用。因此該方法不涉及需要耗費(fèi)巨大財(cái)力、物力、人力的設(shè)備改裝、空地信息通道建設(shè)等內(nèi)容，保證了該方法在全體民航業(yè)內(nèi)推廣的可行性；(2)本發(fā)明采用的發(fā)動(dòng)機(jī)單元體健康狀態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)不依賴于特定發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)或發(fā)動(dòng)機(jī)信息模型，保證了其在各發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)隊(duì)上的普適性；(3)本發(fā)明所提出的單元體健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法在對(duì)單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行單元體狀態(tài)評(píng)價(jià)的過程中避免了大多數(shù)人工智能化方法所涉及的繁復(fù)的迭代過程和重復(fù)學(xué)習(xí)過程，運(yùn)算速度快，實(shí)用性強(qiáng)，評(píng)價(jià)結(jié)論可靠穩(wěn)定。

附圖說明：

圖1是渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)氣路工作截面標(biāo)識(shí)圖。

圖2是風(fēng)扇單元體性能衰退評(píng)價(jià)算例結(jié)果圖。

圖3是低壓壓氣機(jī)單元體性能衰退評(píng)價(jià)算例結(jié)果圖。

圖4是高壓壓氣機(jī)單元體性能衰退評(píng)價(jià)算例結(jié)果圖。

圖5是高壓渦輪單元體性能衰退評(píng)價(jià)算例結(jié)果圖。

圖6是低壓渦輪單元體性能衰退評(píng)價(jià)算例結(jié)果圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明的思路是針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)各氣路單元體的氣動(dòng)熱力學(xué)特性和關(guān)注的性能指標(biāo),結(jié)合飛機(jī)巡航過程中可測得的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部氣路參數(shù),給出各個(gè)單元體的性能指標(biāo)或其等價(jià)指標(biāo)的計(jì)算方法；通過對(duì)健康狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)的單元體歷史氣路參數(shù)進(jìn)行歸納,結(jié)合單元體工況因素與其性能指標(biāo)的數(shù)學(xué)關(guān)系構(gòu)建出能夠代表健康單元體運(yùn)行性能的狀態(tài)基線；通過分析被執(zhí)行評(píng)價(jià)的發(fā)動(dòng)機(jī)的各單元體的實(shí)際性能指標(biāo)與狀態(tài)基線的偏差來完成各單元體的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)。

對(duì)應(yīng)于步驟A1，分析ACARS巡航報(bào)文所覆蓋的飛機(jī)飛行狀態(tài)參數(shù)，歸納出計(jì)算單元體狀態(tài)基線及性能指標(biāo)所需要利用的飛行狀態(tài)參數(shù)。本發(fā)明建議提取如表1所列出的飛行狀態(tài)參數(shù)，其中，飛行高度、馬赫數(shù)、指示空速為飛機(jī)飛行控制單元所計(jì)算出的參數(shù)，飛機(jī)總重由飛機(jī)起飛重量所估計(jì)，這些參數(shù)經(jīng)ARINC429總線進(jìn)入飛機(jī)飛行數(shù)據(jù)記錄單元并發(fā)送至地面，可以從報(bào)文中比較方便地獲取。

對(duì)應(yīng)于步驟A2，為對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行分析，提取發(fā)動(dòng)機(jī)氣路參數(shù)數(shù)據(jù)。本發(fā)明建議對(duì)表2所列出的參數(shù)(參數(shù)符號(hào)后面“選”字標(biāo)記代表該參數(shù)因不同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的傳感器布置策略的差異被選擇性地測量，同時(shí)，具有相似測量位置和數(shù)據(jù)類型的參數(shù)之間的功用性具有相互替代關(guān)系)進(jìn)行提取，這些參數(shù)同樣被ACARS報(bào)文所覆蓋，適用于各型號(hào)民航客機(jī)。

表1需要監(jiān)測的飛機(jī)飛行狀態(tài)參數(shù)

表2需要監(jiān)測的發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)測量參數(shù)

針對(duì)需要進(jìn)行單元體評(píng)價(jià)的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)，提取機(jī)隊(duì)內(nèi)所有同型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)服役后少量循環(huán)內(nèi)的無故障ACARS巡航報(bào)文并按如表1和表2列出的參數(shù)范圍抽取歷史記錄數(shù)據(jù)。該部分?jǐn)?shù)據(jù)被認(rèn)為是健康發(fā)動(dòng)機(jī)工作中的表現(xiàn)出來的狀態(tài)剖面。考慮到性能衰退因素，對(duì)于單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)而言，一般來說抽取的報(bào)文數(shù)量不宜超過50個(gè)，機(jī)隊(duì)內(nèi)該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)數(shù)越多，則對(duì)單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)而言被選取的報(bào)文的個(gè)數(shù)就可以越少。

整理并結(jié)構(gòu)化抽取出的數(shù)據(jù)，建立機(jī)隊(duì)狀態(tài)基線訓(xùn)練樣本庫。

如圖1所示，典型渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)氣路單元體包括風(fēng)扇、低壓壓氣機(jī)、高壓壓氣機(jī)、燃燒室、高壓渦輪和低壓渦輪。由于燃燒室的性能在發(fā)動(dòng)機(jī)服役過程中變化不明顯，本發(fā)明只涵蓋剩余五個(gè)單元體的性能評(píng)價(jià)方法。理論上而言，這些單元體的性能基線的建立和健康狀態(tài)的評(píng)價(jià)應(yīng)分別圍繞各自的效率、流量、壓縮比這三個(gè)指標(biāo)的變化程度進(jìn)行，然而由于傳感器數(shù)量的不足，這些指標(biāo)不能全部被精確計(jì)算出來。根據(jù)有效數(shù)據(jù)的數(shù)量和發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特性加以取舍后，本發(fā)明針對(duì)各個(gè)單元體分別提出如下的狀態(tài)基線和性能指標(biāo)和計(jì)算方法。

風(fēng)扇健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法

飛機(jī)穩(wěn)態(tài)巡航時(shí)，處于對(duì)稱位置的兩臺(tái)或四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)推力大小相同且推力之和等于飛機(jī)的巡航阻力。對(duì)同一型號(hào)飛機(jī)而言，機(jī)翼的襟翼在飛機(jī)巡航段收起，機(jī)翼面積不變。由于飛機(jī)巡航高度不變且機(jī)頭指向水平方向，機(jī)翼提供的升力與飛機(jī)重力相平衡且與指示空速的平方成正比；同時(shí)，飛機(jī)阻力也與指示空速的平方成正比?；诖思僭O(shè)，列出發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際推進(jìn)功率與風(fēng)扇相似轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系：

式中為發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的修正推進(jìn)功率，w_fan為發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的實(shí)際推進(jìn)功率，為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口總溫T₂的開氏溫度，C_const為常數(shù)，為風(fēng)扇相似轉(zhuǎn)速。至此確定風(fēng)扇單元體對(duì)應(yīng)于B1)步驟的特性指標(biāo)計(jì)算方法為

提取機(jī)隊(duì)狀態(tài)基線訓(xùn)練樣本庫中的數(shù)據(jù)，找出與N_1c之間的函數(shù)關(guān)系，采用多項(xiàng)式擬合出曲線，作為對(duì)應(yīng)于步驟C1)的風(fēng)扇單元體的狀態(tài)基線。

當(dāng)對(duì)單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇進(jìn)行健康狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)，按照步驟D1)至D6)進(jìn)行操作，即可得到風(fēng)扇單元體的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖2為按本發(fā)明中提出的風(fēng)扇單元體健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)后得出的風(fēng)扇在數(shù)千個(gè)起降循環(huán)內(nèi)的性能衰退趨勢。由圖中可以得知，由于性能的劣化，風(fēng)扇單元體在相同轉(zhuǎn)速下發(fā)出的推進(jìn)功率下降了近5％。

低壓壓氣機(jī)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法

通過分析ACARS數(shù)據(jù)組成成分得知，報(bào)文覆蓋低壓壓氣機(jī)進(jìn)口壓力、出口壓力、進(jìn)口溫度、出口溫度四個(gè)低壓壓氣機(jī)進(jìn)、出口參數(shù)，憑此可以直接對(duì)低壓壓氣機(jī)的效率的變化進(jìn)行計(jì)算，對(duì)應(yīng)于步驟B1)，使用絕熱效率作為低壓壓氣機(jī)的性能指標(biāo)，其效率計(jì)算公式為：

式中η_lpc為低壓壓氣機(jī)絕熱效率，γ為空氣絕熱系數(shù)，通常取為1.4。

為建立低壓壓氣機(jī)的效率基線，還需要考慮雷諾數(shù)的影響和可調(diào)放氣活門的位置，因此，按照如下形式來建立對(duì)應(yīng)于步驟C1)的低壓壓氣機(jī)的效率基線:

式中，p₁～p₈為基線函數(shù)的待定系數(shù)。

將機(jī)隊(duì)狀態(tài)基線訓(xùn)練樣本庫中的數(shù)據(jù)代入低壓壓氣機(jī)效率計(jì)算公式計(jì)算出各種運(yùn)行工況下低壓壓氣機(jī)的運(yùn)行效率，而后采用牛頓-拉夫森方法確定p₁～p₈的最優(yōu)擬合系數(shù)，建立N_1c-η_lpc狀態(tài)基線，完成對(duì)應(yīng)于低壓壓氣機(jī)的步驟C1)。

當(dāng)對(duì)單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓壓氣機(jī)進(jìn)行健康狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)，按照步驟D1)至D6)進(jìn)行操作，即可得到低壓壓氣機(jī)的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖3為按本發(fā)明中提出的低壓壓氣機(jī)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)后得出的低壓壓氣機(jī)在數(shù)千個(gè)起降循環(huán)內(nèi)的性能衰退趨勢。由圖中可以得知，由于性能的劣化，低壓壓氣機(jī)在相同工況的效率降低了近1％。

高壓壓氣機(jī)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法

通過分析ACARS數(shù)據(jù)組成成分得知，與高壓壓氣機(jī)有關(guān)的參數(shù)分別為T₂₅、T₃、P₂₅、PS₃。通常航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室流場較為不穩(wěn)定，高壓壓氣機(jī)出口總壓P₃難以測量，因此高壓壓氣機(jī)的效率難以用可測數(shù)據(jù)直接計(jì)算出來，故采用固定相似轉(zhuǎn)速下PS₃與P₂₅的比值π′作為高壓壓氣機(jī)的對(duì)應(yīng)于步驟B1)的性能指標(biāo)和步驟C1)的性能基線。

考慮到可調(diào)靜子轉(zhuǎn)葉角度和雷諾數(shù)的影響，本發(fā)明建議采用如下形式建立N_1c-π′基線

式中p₁～p₇為待定系數(shù)。將機(jī)隊(duì)狀態(tài)基線訓(xùn)練樣本庫中的數(shù)據(jù)代入公式中計(jì)算低壓壓氣機(jī)不同相似轉(zhuǎn)速下的π′，而后采用牛頓-拉夫森方法確定p₁～p₇的最優(yōu)擬合系數(shù)，建立N_1c-π′狀態(tài)基線。

當(dāng)對(duì)單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓壓氣機(jī)進(jìn)行健康狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)，按照步驟D1)至D6)進(jìn)行操作，即可得到高壓壓氣機(jī)的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖4為按本發(fā)明中提出的高壓壓氣機(jī)健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)后得出的高壓壓氣機(jī)在數(shù)千個(gè)起降循環(huán)內(nèi)的性能衰退趨勢。由圖中可以得知，由于性能的劣化，高壓壓氣機(jī)的增壓比在相同轉(zhuǎn)速下的增壓比降低了近3％，同時(shí)由于第3164循環(huán)后對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)進(jìn)行了清潔，使得其增壓比出現(xiàn)較為顯著的回升。

高壓渦輪健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法

由于高壓渦輪進(jìn)口處溫度過高，高壓渦輪進(jìn)口溫度一般不可測。一般來，在ACARS報(bào)文中，與高壓渦輪有關(guān)的氣路性能讀數(shù)分別為T₂₅、T₃、T_49.5(T₄₉)。由于高壓渦輪負(fù)責(zé)從高溫燃?xì)庵谐槿」β室则?qū)動(dòng)高壓壓氣機(jī)，借助于核心機(jī)的功率平衡條件和燃?xì)?、空氣的熱力學(xué)特性，本發(fā)明建議按下式計(jì)算對(duì)應(yīng)于步驟B1)的高壓渦輪性能指標(biāo)：

或

式中H_hpt為高壓渦輪健康指數(shù)，或?yàn)榈蛪簤簹鈾C(jī)出口開爾文氏溫度，為排氣溫度和高渦出口溫度的開爾文氏溫度。高壓渦輪的基線即為φ-β基線。根據(jù)機(jī)隊(duì)狀態(tài)基線訓(xùn)練樣本庫的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，采用三次多項(xiàng)式擬合出φ-β曲線作為對(duì)應(yīng)于步驟C1的高壓渦輪的狀態(tài)基線。

當(dāng)對(duì)單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓渦輪進(jìn)行健康狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)，按照步驟D1至D6進(jìn)行操作，即可得到高壓渦輪的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖5為按本發(fā)明中提出的高壓渦輪健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)后得出的高壓渦輪在數(shù)千個(gè)起降循環(huán)內(nèi)的性能衰退趨勢。由圖中可以得知，由于性能的劣化，高壓渦輪的效率降低了近4％。

低壓渦輪健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法

低壓渦輪的性能取決于其能夠從高溫燃?xì)庵谐槿」β实亩嗌?，由于功率抽取的比例由低壓渦輪的落壓比和效率共同決定，由于低壓渦輪的功率抽取比例受空氣濕度的影響也不可忽視，而同時(shí)濕度又未包含在報(bào)文數(shù)據(jù)中，因此本發(fā)明建議選取低壓渦輪在一定相似轉(zhuǎn)速下的壓力回落倍數(shù)作為其對(duì)應(yīng)于步驟B1的性能指標(biāo)。因此確定低壓渦輪的狀態(tài)基線和性能指標(biāo)計(jì)算公式

H_lpt＝f_ε(N′_1c)＝PS₃/P₂或H_lpt＝f_ε(N″_1c)＝PS₃/P₂

對(duì)于選測P₄₉和P₅的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以該性能指標(biāo)計(jì)算公式可修改為：

H_lpt＝f_ε(N′_1c)＝P₄₉/P₅或H_lpt＝f_ε(N″_1c)＝P₄₉/P₅

或

H_lpt＝f_ε(N′_1c)＝P₄₉/P₂或H_lpt＝f_ε(N″_1c)＝P₄₉/P₂

或

H_lpt＝f_ε(N′_1c)＝PS₃/P₅或H_lpt＝f_ε(N″_1c)＝PS₃/P₅

注：在P₄₉或P₅可測的情況下，為盡量保證評(píng)估精度，上述三個(gè)公式的選用優(yōu)先級(jí)別為自上而下。

式中H_lpt為低壓渦輪的性能指標(biāo)，作為低壓渦輪的相似轉(zhuǎn)速，ε＝P₄₉/P₅，或ε＝P₄₉/P₂，或ε＝PS₃/P₅。

對(duì)應(yīng)于步驟C1，利用N′_1c或N″_1c的三次多項(xiàng)式擬合出N′_1c-H_lpt/N″_1c-H_lpt基線。

當(dāng)對(duì)單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓渦輪進(jìn)行健康狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)，按照步驟D1至D6進(jìn)行操作，即可得到低壓渦輪的健康狀態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖6為按本發(fā)明中提出的低壓渦輪健康狀態(tài)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行計(jì)算后得出的低壓渦輪在數(shù)千個(gè)起降循環(huán)內(nèi)的性能衰退趨勢。由圖中可以得知，由于性能的劣化，低壓渦輪的回落倍數(shù)在第930循環(huán)左右出現(xiàn)了3％左右的下降，而后一直保持較為緩慢的衰退速度。