民用航空发动机电气系统故障诊断方法研究

【摘要】：民用航空发动机电气系统是发动机的重要组成部分,包括传感器、执行器等电气部件和连接导线。电气系统工作在高温、高负荷、强振动的恶劣环境中,易于受到外界环境影响而出现故障。电气系统故障直接影响发动机工作性能,甚至导致发动机失效,影响到飞行安全。由于航空发动机电气系统连接关系复杂,多部件相互影响,且电气部件和导线之间存在信号交联,导致故障诊断难度大。为此,本文根据航空发动机电气系统组成及特点,研究航空发动机电气系统故障隔离方法、发动机导线网络故障诊断方法和发动机电气系统故障定位方法,实现民用航空发动机电气系统故障诊断。本文首先分析了航空发动机电气系统部件组成及连接关系,结合航空发动机工作范围较大的特点,利用系统辨识方法和发动机试车数据构建典型电气系统数学模型,基于联合卡尔曼滤波算法将故障定位到由线束和电气部件组成的单元体。完成电气系统故障隔离方法之后,需要排除电气系统单元体中的导线故障。将导线网络作为主要研究对象,通过分析入射信号在导线网络中的传播过程,建立导线网络结构等效模型并生成理论反射波形,结合导线网络数据库,实现了单次匹配算法即可对导线网络故障中任意位置的故障诊断和定位。针对航空发动机电气系统内部组成部件,以可调放气活门为典型电气部件研究对象,结合航空发动机手册分析其组成及工作原理,建立电气部件数学模型,研究基于可变半径检测器否定选择算法的多故障模式下的故障诊断方法,将故障定位到电气系统内部。最后,分别利用WESTT CS/BV航空发动机实验平台、自制导线网络故障诊断实验系统和GSP燃气涡轮发动机性能数值仿真软件进行了试验验证,设计实验方法,提取试验数据并代入故障诊断算法,验证航空发动机电气系统故障诊断方法的可行性。通过航空发动机电气系统故障隔离、发动机导线故障诊断和发动机电气系统故障定位三个过程,实现民用航空发动机电气系统故障诊断,对提高民用航空发动机电气系统故障诊断效率,保障航空发动机安全具有一定的意义。