基于Broyden算法的航空发动机气路故障诊断

作者： 潘阳   李秋红   王元   来源： 推进技术 年份： 2017 文献类型 ： 期刊 关键词： Kalman滤波器   航空发动机   气路故障诊断   涡轴发动机   Broyden算法  

描述： 针对基于Kalman的故障诊断算法响应速度慢、多故障诊断及非设计点诊断精度低的问题,提出一种基于改进Broyden算法求解方程组的航空发动机气路故障诊断方法。针对涡轴发动机,以模型输出跟踪发动机输出为准则确定3个方程,结合发动机模型中的2个平衡方程,构建气路故障诊断方程组,通过改进Broyden算法求解方程组以获得部件性能退化因子及模型猜值。数字仿真结果表明,所提出的基于Broyden算法求解方程组的航空发动机气路故障诊断方法,在包线内的单故障和多故障诊断稳态误差均小于0.35%,且诊断过程算法单步运行最大耗时小于2ms,具有良好的实时性,远优于Kalman滤波方法,验证了算法的先进性。

航空并联混合动力涡扇发动机热力循环与工作特性研究

作者： 刘光璧   王步宇   王向阳   佘云峰   邢耀仁   帅石金   来源： 推进技术 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 热力循环   数值模拟   涡扇发动机   并联混合动力系统   稳态特性  

描述： 为确定并联混合动力涡扇发动机的能量利用效率，并对不同电功率输入下发动机工作特性与性能参数的变化规律进行研究，本文从理论上对发动机有效循环功的来源进行划分，并由此分别定义并联混合动力涡扇发动机的电能利用率和燃油利用率；使用航空发动机性能仿真软件PROOSIS搭建基于CFM56-7B26发动机的并联混合动力涡扇发动机零维模型，模拟不同电功率输入条件下的发动机稳态性能。研究结果表明：并联混合动力涡扇发动机内涵道的循环类型仍然是基于布雷顿循环的实际循环，输入的电功率对发动机外涵道推力的贡献占比远高于其对内涵道推力的贡献；电能利用率始终明显高于燃油利用率，这也是并联混合动力涡扇发动机实现节能的主要原因；当输入的电功率增加时，发动机的涵道比增加，涡轮前温度与总压比降低，各部件的稳态工作点将发生移动，可能造成部件效率的下降。由于电功率的输入以及电能的高利用效率，并联混合动力涡扇发动机的油耗和能耗均低于常规涡扇发动机。

基于运动法的航空发动机高速燃油齿轮泵卸荷槽设计与验证

作者： 符江锋   赵志杰   刘显为   魏士杰   崔建   魏鹏飞   来源： 推进技术 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机   燃油泵   困油模型   卸荷槽设计   齿轮泵  

描述： 高压、高速、高温化使得齿轮泵固有困油问题愈发严重，传统卸荷槽结构已难以满足高性能燃油泵设计要求。为此本文提出一种基于运动法的新型卸荷槽结构设计方法，通过构建困油模型并从整泵全局角度分析齿轮参数对困油各项性能的影响规律，以确定齿轮参数并为卸荷槽设计提供约束条件；其次基于齿轮运动规律和卸荷槽设计原则进行了某型燃油齿轮泵卸荷槽的设计，并进行了多个工况下新型卸荷槽和传统卸荷槽困油特性仿真对比；最后试制了样机并通过试验验证了卸荷槽设计的有效性。研究结果表明：所设计的卸荷槽较传统矩形卸荷槽相比，同工况下最大困油压力降低63.4MPa，流量脉动率减小33.5%，空化区域更小，工作性能更优，能够显著缓解困油带来的不利影响。采用该结构卸荷槽的齿轮泵具有高的容积效率和长时抗汽蚀能力。

航空发动机轴承腔油气两相流动特性及改进研究

作者： 任国哲   燕阳   郑莞霏   赵欢   孙丹   张成烽   来源： 推进技术 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机   油气两相   回油结构   通风结构   回油效率   轴承腔  

描述： 为了研究航空发动机轴承腔油气两相流动特性，改善滑油回油效果，建立了基于欧拉-欧拉方法轴承腔两相流求解模型，针对轴承腔的通风结构和回油结构提出了三种改进方案，对不同工况下常规轴承腔和三种改进方案流动特性和回油特性进行深入分析。研究结果表明，将常规轴承腔通风结构进行嵌入（Embed）改进后，滑油被嵌入的通风口壁面阻挡，从通风口流出的滑油量减小，回油效率明显提升；将常规轴承腔回油结构进行斜坡（Slope）改进后，回油口右侧滑油堆积区消失，腔内滑油体积分数减小，回油效率明显提升；组合改进方案(ES)能够兼顾嵌入和斜坡改进方案的优势，回油效率进一步提升。相比常规轴承腔，当滑油流量为200L/h，转速为15000r/min时，嵌入、斜坡和组合改进方案回油效率分别提高了16.47%、13.02%和32.81%。

基于内嵌物理约束神经网络模型的航空发动机数字工程模型

作者： 林志富   肖洪   王占学   张晓博   来源： 推进技术 年份： 2023 文献类型 ： 期刊 关键词： 特征处理   航空发动机   数字工程模型   性能参数预估   内嵌物理约束神经网络  

描述： 相对误差和峰值相对误差均小于常规神经网络模型。在一定的模型规模下，基于架构的数字模型的峰值相对误差仅为常规神经网络模型的1/4。通过物理约束，克服了数据驱动模型对大数据的依赖，指导了神经网络层的超参数设置。

基于工况识别与自训练时空图卷积的航空发动机气路故障诊断

作者： 张世杰     胡家文     苗国磊   来源： 推进技术 年份： 2024 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机   燃气轮机仿真程序   运行工况   气路故障诊断   自训练  

描述： 航空发动机气路故障模式和运行工况多样，且相互耦合作用，使得同一故障模式在不同运行工况下表现特征存在差异性，增加了气路故障诊断的难度。提出一种基于多层感知器（MLP）工况识别与自训练时空图卷积网络（ST-GCN）模型的航空发动机气路故障诊断方法，利用高度、马赫数、燃油流量及高低压转子转速构建MLP对运行工况进行识别。利用发动机各截面状态监测参数构建图邻接矩阵，构建自训练ST-GCN半监督模型对相应工况下的故障模式进行诊断，采用自适应粒子群优化算法（APSO）对模型超参数进行寻优。采用燃气轮机仿真程序（GSP）生成发动机在动态工况下的状态监测数据，对提出方法的有效性进行验证。结果表明，先进行工况识别，再开展故障诊断，相较于忽略工况直接进行诊断，能够获得更高的故障诊断准确率，达到98.93%。

基于甲醇燃料的航空燃料电池内燃机混合动力系统性能分析

作者： 李成杰     王紫璇     哈婵     周兆洲     秦江     魏立秋   来源： 推进技术 年份： 2024 文献类型 ： 期刊 关键词： 混合动力系统   燃料电池   性能分析   内燃机   甲醇燃料  

描述： 为了实现航空碳减排的时代需求，亟需在航空燃料体系和航空动力系统方向实现技术革新。本文提出了基于甲醇燃料的航空燃料电池内燃机混合动力系统方案，甲醇通过机载在线催化重整制氢为燃料电池供氢，燃料电池

考虑燃烧室出口温度分布的航空发动机部件级模型

作者： 郑前钢     张宏维     张海波   来源： 推进技术 年份： 2024 文献类型 ： 期刊 关键词： 燃烧室出口温度分布   深度学习   预测模型   全包线   发动机部件级模型  

描述： 燃烧室出口温度分布不均匀会使涡轮叶片受到不均匀的热载荷，严重影响涡轮叶片的工作寿命。本文提出一种具有燃烧室出口温度分布预测功能的部件级模型建模方法，为燃烧室出口温度分布控制研究提供了仿真平台。以变循环发动机为研究对象，根据其设计点参数设计燃烧室三维模型，通过CFD数值模拟的方法，计算得到该燃烧室三维模型在地面不同工作状态下的燃烧室出口温度分布场，组成温度分布场训练数据集。提出基于Inception-反卷积网络的燃烧室出口温度分布场重建方法，基于该方法构建了燃烧室出口温度分布场预测模型。建立了适用于全包线、全状态，可以预测燃烧室出口温度分布场的部件级模型，与传统的部件级模型相比，该模型能够预测发动机在不同工作状态、不同包线点下的燃烧室出口温度分布场。结果表明：Inception-反卷积网络在训练集和测试集上的均方误差比常规反卷积降低11.83%和5.6%，比WGAN-GP降低87%和90%；部件级模型预测温度分布场和CFD仿真温度分布场的温度分布趋势基本一致；所提出的Inception-反卷积网络预测精度高于常规反卷积网络和WGAN-GP网络预测精度，在热斑处温度点误差更小，在亚声速巡航点（H=8 km,Ma=0.7）,（H=8 km,Ma=0.9）和超声速巡航点（H=10 km,Ma=1.4）,（H=10 km,Ma=1.6）时，Inception-反卷积网络预测温度分布场的平均温度误差分别为0.05 K,-1.38 K,-1.54 K和4.44 K，均方误差分别为6.7×10^-4,1.9×10^-4,3.0×10^-4和1.4×10^-3，热斑温度误差分别为-3.91 K,-3.67 K,-5.34 K和0.85 K。

基于运动法的航空发动机高速燃油齿轮泵卸荷槽设计与验证

作者： 符江锋     赵志杰     刘显为     魏士杰     崔建     魏鹏飞   来源： 推进技术 年份： 2024 文献类型 ： 期刊 关键词： 航空发动机   燃油泵   困油模型   卸荷槽设计   齿轮泵  

描述： 高压、高速、高温化使得齿轮泵固有困油问题愈发严重，传统卸荷槽结构已难以满足高性能燃油泵设计要求。为此本文提出一种基于运动法的新型卸荷槽结构设计方法，通过构建困油模型并从整泵全局角度分析齿轮参数对困油各项性能的影响规律，以确定齿轮参数并为卸荷槽设计提供约束条件；其次基于齿轮运动规律和卸荷槽设计原则进行了某型燃油齿轮泵卸荷槽的设计，并进行了多个工况下新型卸荷槽和传统卸荷槽困油特性仿真对比；最后试制了样机并通过试验验证了卸荷槽设计的有效性。研究结果表明：所设计的卸荷槽与传统矩形卸荷槽相比，同工况下最大困油压力降低63.4 MPa，流量脉动率减小33.5%，空化区域更小，工作性能更优，能够显著缓解困油带来的不利影响。采用该结构卸荷槽的齿轮泵具有高的容积效率和长时抗汽蚀能力。