航空发动机系统建模与故障诊断研究

发布时间：2017-04-06 13:07

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【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方向之一。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: (1) 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、焓、熵、熵函数等)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
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：V231
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-4
• 目录4-6
• 第一章 绪论6-15
• 1．1 研究意义和背景6-7
• 1．2 故障诊断技术发展现状7-9
• 1．2．1 故障诊断的概念和任务7
• 1．2．2 基于模型的故障诊断方法现状7-9
• 1．3 故障诊断技术在发动机上的应用现状9-12
• 1．4 目前发动机故障诊断技术面临的一些问题12-13
• 1．5 论文的主要工作及结构安排13-15
• 第二章 基础理论15-27
• 2．1 完全气体热力学基础15-18
• 2．1．1 完全气体和完全气体状态方程15
• 2．1．2 完全气体的内能、焓15-16
• 2．1．3 绝热指数16-17
• 2．1．4 热力学第一定律17
• 2．1．5 热力学第二定律及熵17-18
• 2．2 发动机热力学特性18-24
• 2．2．1 基本假设条件18-19
• 2．2．2 发动机热力特性参数19-20
• 2．2．3 发动热力过程的基本假定20-21
• 2．2．4 发动机热力特性的求取21-24
• 2．3 气动函数24-27
• 2．3．1 极限速度、临界参数和速度系数24-25
• 2．3．2 压比函数、流量函数和冲量函数25-27
• 第三章 发动机数学模型及模型分析27-46
• 3．1 发动机模型的分类27-28
• 3．2 发动机的第Ⅱ级复杂程度模型28-37
• 3．2．1 发动机的结构28-29
• 3．2．2 发动机部件特性描述29-30
• 3．2．3 发动机各部件运行模型30-35
• 3．2．4 动态过程发动机的共同工作方程35-37
• 3．3 发动机工作参数的选择37-39
• 3．3．1 部件热力学模型中重要的参数37-38
• 3．3．2 部件的工作参数38-39
• 3．4 风扇特性线拟合方法讨论39-46
• 3．4．1 风扇运行的约束条件39-42
• 3．4．2 约束条件的风扇特性曲线拟合42-46
• 第四章 燃气涡轮发动机仿真框架46-59
• 4．1 Matlab面向对象编程46-48
• 4．1．1 面向对象编程的内涵46-47
• 4．1．2 基本思路47-48
• 4．2 发动机层次分析48-52
• 4．2．1 燃气涡轮发动机结构对比48-49
• 4．2．2 广义发动机对象49-50
• 4．2．3 不同类型发动机结构特征的重新定义50-51
• 4．2．4 燃气涡轮发动机的补充说明51-52
• 4．3 燃气涡轮发动机的仿真框架52-59
• 4．3．1 燃气涡轮发动机的基本部件类52-53
• 4．3．2 类间关系研究和处理方法53-57
• 4．3．3 燃气涡轮发动机仿真中部件的匹配57
• 4．3．4 燃气涡轮发动机仿真的补充说明57-59
• 第五章 发动机故障诊断研究59-72
• 5．1 发动机的状态空间方程表示59-61
• 5．1．1 发动机状态空间方程的获得59-60
• 5．1．2 状态空间方程系数的求取60-61
• 5．2 故障的数学描述61-63
• 5．2．1 发动机控制系统故障数学描述61-62
• 5．2．2 执行器故障分析和数学描述62-63
• 5．3 故障诊断问题的基本要求63
• 5．4 系统的限定63-64
• 5．5 残差的构建方法64-66
• 5．6 残差构建过程中P阵求取66-69
• 5．6．1 P的求法分析66-68
• 5．6．2 P阵的调整68-69
• 5．7 航空发动机执行器的故障检测滤波器设计69-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6．1 论文工作总结72-73
• 6．2 展望73-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间论文发表情况79-80

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李天亮;何立明;程邦勤;邹仕军;;基于系统混沌指数的航空发动机状态监测[J];航空动力学报;2008年11期

2 赵雄飞;刘永葆;贺星;刘建华;;基于统计学检验指标的燃气轮机部件特性方程拟合次数的选择[J];航空发动机;2011年05期

3 赵雄飞;刘永葆;贺星;;燃气轮机部件特性方程的拟合研究[J];燃气轮机技术;2011年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 雍雪君;基于向量机的涡扇发动机试车故障诊断[D];西北工业大学;2006年

2 李培志;遗传算法在涡扇发动机巡航寻优控制中的应用研究[D];西北工业大学;2007年

3 王鑫;航空发动机数学模型与控制规律研究[D];西北工业大学;2007年

4 陈毅;航空发动机控制系统传感器故障诊断研究[D];南京航空航天大学;2007年

5 沈默;基于相关向量机的航空发动机故障诊断研究[D];湘潭大学;2012年

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本文编号：288895