动态效应对涡扇发动机过渡态气路故障诊断的影响分析

【作者】 丰国龙； 张冠群； 杨博闻； 孔祥兴； 缑林峰； 陈毓智；

【机构】 西北工业大学动力与能源学院； 中国航空发动机研究院；

【摘要】 航空发动机是一个多部件耦合的复杂气动热力学系统,且长期运行在高温、高压、高转速和强振动的工作环境下。随着时间推移,发动机各部件不可避免的发生退化。此外,发动机起飞和爬升等过渡态过程还面临着外物入侵造成的突发故障,迫切需要开展过渡态过程气路故障诊断方法研究,实现发动机健康状况连续高精度反馈。然而,航空发动机过渡态过程中存在一系列动态效应,导致各时刻的传感器监控参数无法独立用于气路故障诊断,且动态效应严重影响诊断精度。研究表明建立动态效应补偿机制是提高发动机过渡态气路故障诊断精度的关键。然而,有关动态效应对气路故障诊断影响规律的研究仍然存在一定空白,阻碍了气路故障连续快速高精度诊断技术的发展。本文首先采用部件法建立了某型小涵道比三轴分排涡扇发动机气动热力学模型,然后在该模型基础上,建立了发动机加减速过程中的一系列动态效应的补偿模型。这些动态效应包括由于压气机和同轴涡轮之间的功率不平衡引起的转子动力学效应;发动机本体与气流之间的温度不平衡引起的热浸效应;发动机各部件间进出口流量不平衡导致的容积效应,以及传感器在反馈测量参数时的滞后特性引起的时滞效应。最后,通过仿真模拟开展了每种动态效应对发动机瞬态气路故障诊断精度和诊断时间的敏感性分析,探究了动态效应对发动机性能和气路参数的影响规律。研究结果对于优化涡扇发动机健康监控系统具有一定指导价值,有利于提升发动机安全运营保障能力。更多还原