航空发动机系统建模与故障诊断研究

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1、西北工业大学硕士学往论文摘要摘要航空发动机建模和基于模型的故障诊断技术是航空发动机可靠性工程的研究万向之一。本文以基于模型的故障诊断方法为出发点，对航空发动机的建模、仿真问题进行研究，并进行了故障检测滤波器的设计和数字仿真工作。主要内容如下:(t)以完全气体热力学特性为基础，总结了燃气涡轮发动机内一维流的热力学特性及其热力学参数(定压比热、烙、嫡、嫡函数等)的数值求法。(2}在部件法建立发动机模型原理的基础上，研究了特性图在建模中所起的关建作用，并提出了一种风扇特性线的拟合处理方法。{3)研究了各种燃气涡轮发动机的结构特点，从能量角度出发提出广义发动机的概念，建立

2、各种热气发动机仿真的统一的框架。(4)分析了发动机控制系统的故障模型，特别是对执行器故障的数学模型进行了描述。提出一种状态空间方程变换阵的求取方法，并针对变换后的系统讨论了相应的故障检测滤波器的设计方法。关键词:航空发动机系统、特性线拟合、广义发动机，故障诊断、故障检测滤波器西北工业大学硕士学位论文人bstractABSTRACTModelingandmodel-basedapproachesoffaultdiagnosisforenginearetwofieldsofresearchforengine'sreliabilityengineering.Fromth

3、eviewpointofmodel-basedfaultdetection,thisthesisdiscussedthoseproblemsincludingmodeling,simulationandthedesignofakindoffaultdetectionfilterforengine.Themainresultsofthethesisareasfollowing:(1)Onthebasisofperfectgas'sthermodynamiccharacteristic,somethermodynamicproblemsofenginearediscu

4、ssed.Andthecomputationapproachesofspecificheat,enthalpy,entropyofgasinenginecomponentaregiven.(2)Asortofcomponent-basedmodelofengineisdiscussed.Theimportanceofcomponentperformancemapintheenginemodelingisconsidered.Andanewfanperformancelinefiting-methodisdeveloped.(3)Typicalconfigurati

5、onsofgasturbineengineareanalyzedfromtheviewpointofenergy.Andbasedonitsresults,anewkindofsimulationframeofgasturbineengineisproposed.(4)Akindoffaultdetectionfilterisdesignedtochecksomefailureofactuatorsinenginecontrolsystem.Anddigitalsimulationarepresentedtoprovetheefectiveofthemethod.

6、KeyWords:Enginesystem,componentperformancelinefiting,faultdiagnosis,faultdetectionfilter.西北工业大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1研究意义和背景航空发动机故障诊断技术研究的意义在于提高发动机的可靠性，提高飞机飞行的安全性;缩短发动机的维修周期，简化维护步骤，降低维护成本。从第一架自带动力装置的飞行器飞上蓝天以来，航空发动机技术得到了突飞猛进的发展。发动机在结构、功能、效能、制造技术以及与之相关的社会分工等方面，相较于百年前都有了质的飞跃。尽管如此发动机的可靠性及可靠,

7、比技术却始终是人们关注的焦点。推动航空发动机可靠性技术(包括故障诊断)进步和发展的因素主要来自两个方面的压力:航空安全性和经济性。在安全性上，现今发动机的结构越来越复杂，导致发动机部件发生故障的可能性增大。同时，飞机控制和飞机结构设计技术的发展一方面为飞行器提供了新的性能，但也对发动机的可靠性提出更高的要求。比如过去，飞机大都满足“静稳定性”，但是现代和末来的战斗机，为了提高“机敏性”都放宽了对飞机静稳定性的限制，飞机通常要求在开环临界稳定点附近工被，这样就要求发动机必须具有足够的稳定性。在经济方面，由于发动机在飞行中不容有失，因此不论是民航还是在军事飞行中，发动

8、机都必须进