本發(fā)明屬于航天發(fā)動機試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種發(fā)動機工作狀態(tài)監(jiān)測及自動關(guān)機方法。

背景技術(shù)：

發(fā)動機在研制初期，由于設(shè)計要求、加工工藝、材料選型等因素影響，發(fā)動機試驗過程中極有可能出現(xiàn)漏火、漏液、燒蝕、爆炸，試驗臺燒損，人員傷亡等嚴(yán)重后果，通過人工判斷，無法準(zhǔn)確定位故障，并且不能及時對發(fā)動機實施快速關(guān)機控制。如果試驗過程中能對發(fā)動機工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，并在故障發(fā)生之初對發(fā)動機進(jìn)行自動及時關(guān)機控制，則將減少故障帶來的損失，保護發(fā)動機和試驗設(shè)施、保證人身安全，同時為試驗后分析發(fā)動機故障提供故障現(xiàn)場。這樣，將加快發(fā)動機研制進(jìn)度，節(jié)約研制成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中發(fā)動機試驗時的問題，本發(fā)明建立了一套試驗過程中能對發(fā)動機工作狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，并在故障發(fā)生之初對發(fā)動機進(jìn)行自動關(guān)機控制，同時能夠為試驗后分析發(fā)動機故障提供故障現(xiàn)場的發(fā)動機工作狀態(tài)監(jiān)測及自動關(guān)機方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

本發(fā)明提供了發(fā)動機工作狀態(tài)監(jiān)測及自動關(guān)機方法，包括以下步驟：

步驟1)獲取特征參數(shù)數(shù)據(jù)；

在發(fā)動機的各個測點完成傳感器的部署，根據(jù)傳感器來獲取各個測點需要的特征參數(shù)數(shù)據(jù)；特征參數(shù)數(shù)據(jù)包括轉(zhuǎn)速、壓力、流量以及以及溫度；

步驟2)閾值設(shè)定；

通過傳感器多次獲取發(fā)動機各個測點在起動時段、穩(wěn)定時段以及調(diào)整工況時段的特征參數(shù)數(shù)據(jù)，計算出上述各時段的特征參數(shù)數(shù)據(jù)的平均數(shù)值作為各個時段的閾值；所述閾值將作為監(jiān)控下次試驗發(fā)動機工作情況的報警條件；

步驟3)數(shù)據(jù)采集；

通過傳感器采集特征參數(shù)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成其對應(yīng)的電信號后再通過信號調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)后發(fā)送至數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元再將信號傳輸至數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊；

步驟4)數(shù)據(jù)傳送；

通過UDP協(xié)議，數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊以數(shù)據(jù)包的形式將特征參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控模塊；

步驟5)監(jiān)控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)接收并對時長進(jìn)行判斷：

監(jiān)控模塊接收步驟5)發(fā)送的特征參數(shù)數(shù)據(jù)；若時長滿足試驗要求時長總數(shù)，則停止接收數(shù)據(jù)，監(jiān)控模塊停止工作，發(fā)動機試驗工作停止；

相反，若時長總數(shù)不滿足試驗要求時長總數(shù)，則監(jiān)控模塊在UDP協(xié)議下繼續(xù)接收特征參數(shù)數(shù)據(jù)包，并進(jìn)行下一步驟；

步驟6)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

監(jiān)控模塊解析特征參數(shù)數(shù)據(jù)包并將數(shù)據(jù)包進(jìn)行電壓量數(shù)據(jù)到物理量數(shù)據(jù)的量綱轉(zhuǎn)換；

步驟7)數(shù)據(jù)過濾；

通過監(jiān)控模塊判斷特征參數(shù)數(shù)據(jù)是否能夠作為判斷發(fā)動機工作異常的依據(jù)；若是異常依據(jù)，則進(jìn)行步驟8)，若不是異常依據(jù)，則剔除該特征參數(shù)數(shù)據(jù)；

步驟8)規(guī)則判斷；

8.1)監(jiān)控模塊根據(jù)判斷規(guī)則完成對發(fā)動機起動時段、穩(wěn)定時段以及調(diào)整工況時段的特征參數(shù)數(shù)據(jù)實時值是否滿足安全范圍的監(jiān)測；低于安全帶下限或高于安全帶上限均視為報警條件；

步驟8.2)當(dāng)監(jiān)測有3個及以上特征參數(shù)數(shù)據(jù)連續(xù)三次超出安全帶，滿足關(guān)機條件，執(zhí)行步驟9)；若否，則返回步驟4)

步驟9)發(fā)動機試驗停止關(guān)機結(jié)束。

步驟9)發(fā)動機試驗停止關(guān)機結(jié)束；

其中，步驟8)中所說的判斷規(guī)則包括起動時段判斷規(guī)則、穩(wěn)定時段判斷規(guī)則以及調(diào)整工況時段判斷規(guī)則；

A：起動時段判斷規(guī)則

所述起動時段判斷規(guī)則是針對發(fā)動機開始起動的工作情況下，制定的規(guī)則，起動時段特征參數(shù)數(shù)據(jù)的安全帶為(K₁·M,K₂·M)；

K₁為特征參數(shù)閥值的波動下限系數(shù)；K₂為特征參數(shù)閥值的波動上限系數(shù)；M為發(fā)動機起動工作段時獲取的閥值；

若起動時獲取的特征參數(shù)數(shù)據(jù)超出安全帶的范圍，則滿足報警條件，反之不滿足報警條件；

B：平穩(wěn)時段判斷規(guī)則

所述平穩(wěn)時段判斷規(guī)則是針對發(fā)動機工況平穩(wěn)后制定的判斷規(guī)則；平穩(wěn)時段安全帶寬范圍根據(jù)起動工作段后t時段(單位為秒)內(nèi)參數(shù)的實測平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差確定，安全帶表達(dá)式見公式(1)；

其中：

式中：N₁——為下限帶寬系數(shù)；

N₂——為上限帶寬系數(shù)；

S_j(t)——為起動工作段后t時段(單位為秒)內(nèi)實測特征參數(shù)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差(公式見3)，j為從0到n個連續(xù)參數(shù)的求平均值或標(biāo)準(zhǔn)偏差的時段(單位為秒)數(shù)量；

X_i(t)——為平穩(wěn)時段的特征參數(shù)數(shù)據(jù)的實測值，i為某個特征參數(shù)從0到n個連續(xù)的監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)記錄值，從監(jiān)測開始至結(jié)束；

——為起動工作段后t時段(單位為秒)內(nèi)實測特征參數(shù)數(shù)據(jù)的平均值(公式見2)，j為從0到n個連續(xù)參數(shù)求平均值或標(biāo)準(zhǔn)偏差的時段(單位為秒)數(shù)量；

表示安全帶下限值；

表示安全帶下限值；

當(dāng)平穩(wěn)時段的特征參數(shù)數(shù)據(jù)的實測值X_i(t)滿足超出公式(1)的安全帶范圍，則滿足報警條件，若達(dá)到三次報警條件，則滿足關(guān)機條件；反之不滿足；

C：調(diào)整工況時段判斷規(guī)則

所述調(diào)整工況時段判斷規(guī)則是針對發(fā)動機調(diào)整工況情況下，制定的判斷規(guī)則；對于調(diào)整工況，下一個工況時間內(nèi)的安全帶的上限或下限根據(jù)上一個t時段(單位為秒)內(nèi)實測參數(shù)的實測平均值確定；

當(dāng)工況下調(diào)時，首先把安全帶下限按照預(yù)先設(shè)定的幅度降低；上限延續(xù)上一個工況的上限數(shù)值不變，直到調(diào)整時間結(jié)束，進(jìn)入平穩(wěn)工況；進(jìn)入穩(wěn)定段一段時間后，安全帶根據(jù)預(yù)先設(shè)定的調(diào)整段t時段(單位為秒)內(nèi)的實測參數(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差確定；

安全帶具體表達(dá)式為：

其中：C₁為下調(diào)程度，為初始下調(diào)時預(yù)先設(shè)定的常數(shù)；

當(dāng)調(diào)整工況時段為下調(diào)時：若特征參數(shù)數(shù)據(jù)的實測值X_i(t)滿足超出公式(4)的安全帶范圍，則滿足報警條件，若達(dá)到三次報警條件，則滿足關(guān)機條件；反之不滿足；

當(dāng)工況上調(diào)時，首先把安全帶上限按照預(yù)先設(shè)定的幅度升高；，下限延續(xù)上一個工況的下限數(shù)值不變，直到調(diào)整時間結(jié)束，進(jìn)入平穩(wěn)工況；進(jìn)入穩(wěn)定段一段時間后，安全帶根據(jù)調(diào)整段的t時段內(nèi)(單位為s)監(jiān)測參數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差確定；

安全帶具體表達(dá)式為：

其中：C₂為上調(diào)程度，為初始上調(diào)時預(yù)先設(shè)定的常數(shù)；

當(dāng)調(diào)整工況時段為上調(diào)時：若特征參數(shù)數(shù)據(jù)的實測值X_i(t)滿足超出公式(5)的安全帶范圍，則滿足報警條件，當(dāng)達(dá)到三次報警條件，則滿足關(guān)機條件；反之不滿足。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的方法能夠?qū)崿F(xiàn)多測點特征參數(shù)同步的測量采集，實現(xiàn)實時的狀態(tài)監(jiān)測，并通過判斷準(zhǔn)則針對特征數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)判斷，及時進(jìn)行報警提示和自動關(guān)機控制，另外本發(fā)明的系統(tǒng)應(yīng)用于發(fā)動機研制試驗過程中，減少了因發(fā)動機故障引起的發(fā)動機損壞和試驗條件破壞的次數(shù)，提高了發(fā)動機或組件重復(fù)利用率，節(jié)約了研制成本，縮短了研制周期。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框架圖；

圖2為本發(fā)明的方法流程圖。

具體實施方式

為了實現(xiàn)發(fā)動機工作狀態(tài)監(jiān)測及自動關(guān)機的方法，首先先對該方法的采用的系統(tǒng)進(jìn)行介紹，如圖1所示：該系統(tǒng)主要由硬件模塊和軟件模塊兩大部分組成。

系統(tǒng)硬件由傳感器、信號調(diào)節(jié)裝置、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)處理與傳輸單元、網(wǎng)絡(luò)交換機、監(jiān)控模塊、DIO板卡、關(guān)機報警裝置、試驗關(guān)機控制開關(guān)組成。見圖1所示。

傳感器將發(fā)動機上測點信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)信號調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)后傳送至數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元采集實時數(shù)據(jù)的同時通過數(shù)據(jù)處理與傳輸單元和網(wǎng)絡(luò)交換機向監(jiān)控模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，監(jiān)控模塊通過判斷準(zhǔn)則實時判定參數(shù)是否達(dá)到關(guān)機條件，達(dá)到關(guān)機條件DIO板卡輸出關(guān)機信號，關(guān)機報警裝置傳送關(guān)機信號至試驗關(guān)機控制開關(guān)，發(fā)動機試驗終止；

傳感器用于將發(fā)動機上測點信號轉(zhuǎn)換成電信號；

信號調(diào)節(jié)裝置用于將電信號進(jìn)行調(diào)節(jié)發(fā)送給數(shù)據(jù)采集單元；

所述信號標(biāo)準(zhǔn)源用于提供數(shù)據(jù)采集單元一個激勵信號，數(shù)據(jù)采集單元開始工作；

數(shù)據(jù)采集單元用于采集信號調(diào)節(jié)裝置發(fā)送的信號；數(shù)據(jù)采集單元包括兩個子模塊：

a、參數(shù)設(shè)置模塊：用于對故障判斷數(shù)據(jù)處理過程中用到的特征參數(shù)的基本信息進(jìn)行設(shè)置；

b、數(shù)據(jù)采集模塊：用于采集多路特征參數(shù)數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)處理與傳輸單元用于接收對采集的信號進(jìn)行傳輸和處理；數(shù)據(jù)處理與傳輸單元包括數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；

a.數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)傳輸采用UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)包形式按固定速率通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至指定IP地址或主機名的故障監(jiān)控主機。

b.數(shù)據(jù)處理，依據(jù)處理要求完成所有測量參數(shù)數(shù)據(jù)處理。

監(jiān)控模塊用于提供參數(shù)是否超限的判斷準(zhǔn)則，并通過判斷準(zhǔn)則進(jìn)行實時判定；

監(jiān)控模塊包括數(shù)據(jù)接收模塊、實時判斷模塊、數(shù)據(jù)展示模塊以及模擬測試模塊；

a、數(shù)據(jù)接收模塊用于將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換成物理量數(shù)值并保存；

b、實時判斷模塊用于物理量數(shù)據(jù)的有效性判別、均值計算、偏差計算以及準(zhǔn)則判斷；

c、數(shù)據(jù)展示模塊用于實時曲線繪制以及數(shù)據(jù)顯示、報警及關(guān)機信號輸出；試驗全過程均提供監(jiān)控數(shù)據(jù)展示。展示形式包括曲線和數(shù)值兩部分。監(jiān)控特征參數(shù)數(shù)值以1點/秒的速率進(jìn)行顯示。同時在某個階段的對應(yīng)閥值也將在界面中顯示，用于監(jiān)控提醒。曲線以以1點/秒的速率在界面上繪制。當(dāng)發(fā)動機工作正常時，數(shù)值和曲線以綠色呈現(xiàn)；當(dāng)發(fā)動機達(dá)到故障條件時，以黃色顯示相應(yīng)的數(shù)值和曲線；當(dāng)達(dá)到關(guān)機條件時，以紅色顯示相應(yīng)的數(shù)值和曲線；

d、模擬測試模塊用于試車數(shù)據(jù)或測試數(shù)據(jù)的瀏覽、測試文件生成和打印輸出。

DIO板卡用于輸出關(guān)機信號給關(guān)機報警裝置；

關(guān)機報警裝置控制試驗關(guān)機控制開關(guān)從而控制發(fā)動機關(guān)機。

通過上述系統(tǒng)，現(xiàn)對本發(fā)明的實現(xiàn)方法結(jié)進(jìn)行敘述：

基于上述對的發(fā)動機工作狀態(tài)監(jiān)測及自動關(guān)機系統(tǒng)的描述，現(xiàn)結(jié)合圖2對該發(fā)動機工作狀態(tài)監(jiān)測及自動關(guān)機方法進(jìn)行描述，其具體包括以下步驟：

步驟1)獲取特征參數(shù)數(shù)據(jù)；

根據(jù)傳感器來獲取各個測點需要的特征參數(shù)數(shù)據(jù)；特征參數(shù)數(shù)據(jù)包括轉(zhuǎn)速、壓力、流量以及以及溫度；測點的選取是通過判斷是否是發(fā)動機的關(guān)鍵部位、是否方便測量以及是否能快速響應(yīng)發(fā)動機狀態(tài)情況來確定的；

步驟2)閾值設(shè)定；

通過傳感器多次獲取發(fā)動機各個測點在起動時段、穩(wěn)定時段以及調(diào)整工況時段的特征參數(shù)數(shù)據(jù)，計算出上述各時段的特征參數(shù)數(shù)據(jù)的平均數(shù)值作為各個時段的閾值；所述閾值將作為監(jiān)控下次試驗發(fā)動機工作情況的報警條件；

步驟3)數(shù)據(jù)采集；

通過傳感器采集特征參數(shù)數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換成其對應(yīng)的電信號后再通過信號調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)后發(fā)送至數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元再將信號傳輸至數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊；

步驟4)數(shù)據(jù)傳送；

通過UDP協(xié)議，數(shù)據(jù)處理與傳輸模塊以數(shù)據(jù)包的形式將特征參數(shù)數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控模塊；

步驟5)監(jiān)控模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)接收并對時長進(jìn)行判斷：

監(jiān)控模塊接收步驟5)發(fā)送的特征參數(shù)數(shù)據(jù)；若時長滿足試驗要求時長總數(shù)，則停止接收數(shù)據(jù)，監(jiān)控模塊停止工作，發(fā)動機試驗工作停止；

相反，若時長總數(shù)不滿足試驗要求時長總數(shù)，則監(jiān)控模塊在UDP協(xié)議下繼續(xù)接收特征參數(shù)數(shù)據(jù)包，并進(jìn)行下一步驟；

步驟6)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

監(jiān)控模塊解析特征參數(shù)數(shù)據(jù)包并將數(shù)據(jù)包進(jìn)行電壓量數(shù)據(jù)到物理量數(shù)據(jù)的量綱轉(zhuǎn)換；

步驟7)數(shù)據(jù)過濾；

通過監(jiān)控模塊判斷特征參數(shù)數(shù)據(jù)是否能夠作為判斷發(fā)動機工作異常的依據(jù)；若是異常依據(jù)，則進(jìn)行步驟8)，若不是異常依據(jù)，則剔除該特征參數(shù)數(shù)據(jù)；

步驟8)規(guī)則判斷；

8.1)監(jiān)控模塊根據(jù)判斷規(guī)則完成對發(fā)動機起動時段、穩(wěn)定時段以及調(diào)整工況時段的特征參數(shù)數(shù)據(jù)實時，若故障成立則執(zhí)行步驟8.2)；若故障條件不成立，則返回步驟4)；

所述各個工作時段均制定安全帶作為判斷規(guī)則的依據(jù)，低于安全帶下限或高于上限均視為報警條件；

步驟8.2)當(dāng)有3個及以上特征參數(shù)數(shù)據(jù)連續(xù)三次達(dá)到報警條件，滿足關(guān)機條件；當(dāng)滿足關(guān)機條件下，執(zhí)行步驟9)；不滿足關(guān)機條件下，返回步驟4)

步驟9)發(fā)動機試驗停止關(guān)機結(jié)束；

其中，步驟8)中所說的判斷規(guī)則包括起動時段判斷規(guī)則、穩(wěn)定時段判斷規(guī)則以及調(diào)整工況時段判斷規(guī)則；

A：起動時段判斷規(guī)則

所述起動時段判斷規(guī)則是針對發(fā)動機開始起動的工作情況下，制定的規(guī)則，起動時段特征參數(shù)數(shù)據(jù)的安全帶為(K₁·M,K₂·M)；

K₁為特征參數(shù)閥值的波動下限系數(shù)；K₂為特征參數(shù)閥值的波動上限系數(shù)；M為發(fā)動機起動工作段時獲取的閥值；

若起動時獲取的特征參數(shù)數(shù)據(jù)超出安全帶的范圍，則滿足報警條件，反之不滿足報警條件；

B：平穩(wěn)時段判斷規(guī)則

所述平穩(wěn)時段判斷規(guī)則是針對發(fā)動機工況平穩(wěn)后制定的判斷規(guī)則；平穩(wěn)時段安全帶寬范圍根據(jù)起動工作段后t時段(單位為秒)內(nèi)參數(shù)的實測平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差確定，安全帶表達(dá)式見公式(1)；

其中：

式中：N₁——為下限帶寬系數(shù)；

N₂——為上限帶寬系數(shù)；

S_j(t)——為起動工作段后t時段(單位為秒)內(nèi)實測特征參數(shù)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差(公式見3)，j為從0到n個連續(xù)參數(shù)的求平均值或標(biāo)準(zhǔn)偏差的時段(單位為秒)數(shù)量；

X_i(t)——為平穩(wěn)時段的特征參數(shù)數(shù)據(jù)的實測值，i為某個特征參數(shù)從0到n個連續(xù)的監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)記錄值，從監(jiān)測開始至結(jié)束；

——為起動工作段后t時段(單位為秒)內(nèi)實測特征參數(shù)數(shù)據(jù)的平均值(公式見2)，j為從0到n個連續(xù)參數(shù)求平均值或標(biāo)準(zhǔn)偏差的時段(單位為秒)數(shù)量；

表示安全帶下限值；

表示安全帶下限值；

當(dāng)平穩(wěn)時段的特征參數(shù)數(shù)據(jù)的實測值X_i(t)滿足超出公式(1)的安全帶范圍，則滿足報警條件，若達(dá)到三次報警條件，則滿足關(guān)機條件；反之不滿足；

C：調(diào)整工況時段判斷規(guī)則

所述調(diào)整工況時段判斷規(guī)則是針對發(fā)動機調(diào)整工況情況下，制定的判斷規(guī)則；對于調(diào)整工況，下一個工況時間內(nèi)的安全帶的上限或下限根據(jù)上一個t時段(單位為秒)內(nèi)實測參數(shù)的實測平均值確定；

當(dāng)工況下調(diào)時，首先把安全帶下限按照預(yù)先設(shè)定的幅度降低；上限延續(xù)上一個工況的上限數(shù)值不變，直到調(diào)整時間結(jié)束，進(jìn)入平穩(wěn)工況；進(jìn)入穩(wěn)定段一段時間后，安全帶根據(jù)預(yù)先設(shè)定的調(diào)整段t時段(單位為秒)內(nèi)的實測參數(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差確定；

安全帶具體表達(dá)式為：

其中：C₁為下調(diào)程度，為初始下調(diào)時預(yù)先設(shè)定的常數(shù)；

當(dāng)調(diào)整工況時段為下調(diào)時：若特征參數(shù)數(shù)據(jù)的實測值X_i(t)滿足超出公式(4)的安全帶范圍，則滿足報警條件，若達(dá)到三次報警條件，則滿足關(guān)機條件；反之不滿足；

當(dāng)工況上調(diào)時，首先把安全帶上限按照預(yù)先設(shè)定的幅度升高；，下限延續(xù)上一個工況的下限數(shù)值不變，直到調(diào)整時間結(jié)束，進(jìn)入平穩(wěn)工況；進(jìn)入穩(wěn)定段一段時間后，安全帶根據(jù)調(diào)整段的t時段內(nèi)(單位為s)監(jiān)測參數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差確定；

安全帶具體表達(dá)式為：

其中：C₂為上調(diào)程度，為初始上調(diào)時預(yù)先設(shè)定的常數(shù)；

當(dāng)調(diào)整工況時段為上調(diào)時：若特征參數(shù)數(shù)據(jù)的實測值X_i(t)滿足超出公式(5)的安全帶范圍，則滿足報警條件，當(dāng)達(dá)到三次報警條件，則滿足關(guān)機條件；反之不滿足。