[发明专利]一种基于性能参数的民机发动机起动系统健康监测方法

说明书

本发明公开了一种基于性能参数的民机发动机起动系统健康监测方法，涉及设备状态监控技术领域。本发明在飞机QAR数据的基础上，利用数据挖掘技术搭建出民机发动机起动系统中重要参数的性能参数基线模型；接着计算出测试样本的协方差矩阵；最后运用马氏距离技术得到测试样本与基线模型之间的相似度及马氏距离，用此距离表征系统的健康状态，达到健康监测的目的。本发明应用在民用飞机发动机起动系统上，解决了飞机发动机起动系统的性能评估手段不足问题，可以准确评估发动机起动系统的性能状态并在发动机起动系统故障早期就及时发出预警，减少非计划下发事件；同时，性能评估的数据来自现有民机QAR数据，具有较强的实用性和可操作性。

技术领域

本发明涉及设备状态监控技术领域，尤其涉及一种基于性能参数的民机发动机起动系统健康监测方法。

背景技术

健康监测是实现飞机发动机起动系统自动故障诊断、视情维修的基础，不仅可以极大地减少非计划维修，提高飞机维修经济性和运行时效性；同时还可以提高部附件的可靠性，延长部附件的在翼时间。鉴于发动机各部附件系统的关联性和耦合性，对起动系统实现健康监测，还可以保证发动机本体的运行安全，避免出现由于起动系统故障而出现的发动机超转、发动机起动悬挂等现象，因此对起动系统实施健康监测具有很大的现实意义。

目前在航线上，由于起动系统本身的复杂性与边缘性，起动系统往往得不到航空公司有效的关注。航空公司当下对起动系统的健康监测主要依赖于飞机制造商所提供的监测方法。即将起动系统相关参数进行可视化，观察参数变化趋势。并定义一系列的阈值，当发生超限现象，便停下来维修。这种监测方法本质上就是事后维修，起不到健康监测甚至故障预测的作用。另外，如果将起动系统的性能参数单一地进行监测，从而忽略环境参数(如地面起动的海拔高度、温度、气压、发动机总温等等)的影响，这样便使得航空公司或制造商提供的阈值缺乏通用性，导致较高的虚警率或者漏检率。

其他方面，现代飞机有比较完备的数据采集与传输系统，这为健康监测提供了数据基础。但是目前航空公司采用单一的可视化方法，没有利用数据挖掘的相关技术，从海量的运行数据中提取不到有价值的信息。

综上，现有技术中缺乏一种非参数化建模方法来评估发动机起动系统性能，无需系统的物理模型也不用借助系统的故障或失效数据，即可对发动机起动系统的性能进行实时定量评估，有效减少发动机起动系统的突发故障，防止出现超经济维修的状况。

发明内容

本发明提供一种基于性能参数的民机发动机起动系统健康监测方法，能够对民机发动机起动系统的性能参数与环境参数进行深度挖掘，提出能反映其健康状态的特征值体系，从而实现起动系统健康监测与健康预测的目的。

一种基于性能参数的民机发动机起动系统健康监测方法，包括：

S1、在飞机的某一特定工况下，选取发动机起动系统健康状态的性能参数和环境参数数据做为训练样本。

S2、根据航班实际运行环境参数和性能参数对训练样本进行特征值提取，并对提取的数据进行标准化，利用数据挖掘方法在训练样本中提取起动系统的性能参数基线模型。

S3、对待监测的民机发动机起动系统采集性能参数和环境参数数据，作为测试样本。

S4、计算测试样本的协方差矩阵，对于测试样本集D′，协方差矩阵是大小为M×N′的矩阵，表示有N′个测试样本，每个测试样本包含M个参数。

S5、利用协方差矩阵，采用马氏距离技术计算测试样本和性能参数基线模型之间的相似度马氏距离，标记为健康指数。

S6、设置健康指数的阈值，若当前时刻的健康指数超过阈值，则报警；否则，循环执行S3-S6。

进一步的，特定工况为：

发动机起动系统故障较多的地面起动阶段，包括从起动活门打开到发动机达到慢车状态这一过程。