[发明专利]一种变循环发动机解析余度设计方法

说明书

本发明涉及航空发动机安全性设计技术领域，具体公开了一种变循环发动机解析余度设计方法，其中，包括：确定发动机气路部件性能健康参数以及变循环发动机的非线性数学模型；基于扩展卡尔曼滤波的计算，获得变循环发动机自适应动态模型的状态参数；根据变循环发动机自适应动态模型的状态参数计算变循环发动机的解析余度；根据变循环发动机的解析余度以及传感器故障诊断阈值确定发动机故障类型；根据发动机故障类型确定对应的发动机动态模型重构故障传感器，并根据确定后的发动机动态模型重构故障传感器的信号替换发动机传感器量测中的故障传感器信号。本发明提供的变循环发动机解析余度设计方法能够能有效提高传感器故障诊断的可靠性。

技术领域

本发明涉及航空发动机安全性设计技术领域，尤其涉及一种变循环发动机 解析余度设计方法。

背景技术

随着现代飞行技术的发展，传统的涡喷、涡扇发动机由于其相对固定的工 作模式难以满足飞机在不同飞行任务下的需求，变循环发动机由于其独特的优 势，成为新一代首选航空动力装置。变循环发动机(Variable Cycle Engine,VCE) 是通过改变发动机某些部件的几何形状，尺寸以及位置来改变其热力循环的燃 气涡轮发动机。变循环发动机控制仍以全权限数字电子控制(Full Authority Digital Electronic Control，FADEC)系统为主，发动机传感器正常工作是发动机 数字控制系统安全稳定工作的重要前提，特别是变循环发动机控制参数相较于 传统发动机增加40％以上，发动机传感器工作在高温、高压的环境下极易发生 故障，目前提高发动机控制系统容错能力的主要方式有硬件余度和解析余度两 种。

硬件余度带来的主要问题是结构复杂、占用体积大、成本高并且增加了发 动机重量使飞机有效载荷减小。引入解析余度的方法可以部分替代硬件余度， 在发动机传感器发生故障后采用解析信号来代替故障信号，在提高控制系统容 错能力的同时降低硬件余度的成本与重量。因此建立发动机传感器故障的诊断、 隔离以及信号重构的系统对于提高变循环发动机控制系统的可靠性，降低成本 和重量具有重要意义。由于解析余度依赖于发动机解析数学模型，因此模型精 度对于发动机传感器故障的诊断与重构至关重要。在发动机的寿命周期内不可 避免的会发生性能退化，导致模型与真实发动机失配，在一般的解析余度研究 中都没有考虑发动机性能退化导致的传感器故障诊断与重构信号精度不足的问题，而导致传感器故障诊断的可靠性低。

因此，如何提供提供传感器故障诊断的可靠性成为本领域技术人员亟待解 决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种变循环发动机解析余度设计方法，解决相关技术中存在 的传感器的故障诊断可靠性低等问题。

作为本发明的一个方面，提供一种变循环发动机解析余度设计方法，其中， 包括：

确定发动机气路部件性能健康参数以及变循环发动机的非线性数学模型；

根据所述发动机气路部件性能健康参数以及所述非线性数学模型进行基于 扩展卡尔曼滤波的计算，获得变循环发动机自适应动态模型的状态参数；

根据所述变循环发动机自适应动态模型的状态参数计算变循环发动机的解 析余度；

根据所述变循环发动机的解析余度以及传感器故障诊断阈值确定发动机故 障类型；

根据所述发动机故障类型确定对应的发动机动态模型重构故障传感器，并 根据确定后的发动机动态模型重构故障传感器的信号替换发动机传感器量测中 的故障传感器信号。

进一步地，确定发动机气路部件性能健康参数以及变循环发动机的非线性 数学模型，包括：

根据发动机气路部件解析法建立双外涵变循环发动机的非线性数学模型， 其中所述非线性数学模型的表达式为：