用于通過監(jiān)測(cè)渦輪機(jī)的性能來檢測(cè)所述渦輪機(jī)的劣化的方法
【專利摘要】一種用于通過監(jiān)測(cè)渦輪機(jī)的性能來檢測(cè)所述渦輪機(jī)的劣化的方法，該渦輪機(jī)包括多個(gè)功能性模塊，在該方法中：測(cè)量渦輪機(jī)的多個(gè)物理參數(shù)，以形成該渦輪機(jī)的當(dāng)前性能指數(shù)；對(duì)于該渦輪機(jī)計(jì)算多個(gè)劣化性能指數(shù)，假設(shè)對(duì)于各劣化性能指數(shù)，該渦輪機(jī)的僅單一的功能性模塊已劣化；計(jì)算對(duì)應(yīng)于當(dāng)前性能指數(shù)與劣化性能指數(shù)之間的差的多個(gè)成本指數(shù)；確定在所有劣化性能指數(shù)中的具有最小值的成本指數(shù)的最佳成本指數(shù)；檢測(cè)該渦輪機(jī)的模塊的劣化，所述渦輪機(jī)的模塊的劣化性能指數(shù)與最佳成本指數(shù)相關(guān)聯(lián)。
【專利說明】用于通過監(jiān)測(cè)渦輪機(jī)的性能來檢測(cè)所述渦輪機(jī)的劣化的方 法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及渦輪引擎的領(lǐng)域，特別是涉及飛機(jī)渦輪噴氣引擎。

【背景技術(shù)】
[0002] 渦輪噴氣引擎通常包括多個(gè)模塊，例如壓縮機(jī)，燃燒室和渦輪。在其運(yùn)轉(zhuǎn)過程 中，這些模塊將劣化，因而影響渦輪噴氣引擎的一個(gè)或多個(gè)模塊的性能。在高劣化的情況 下，渦輪噴氣引擎和飛機(jī)可能在飛行過程中發(fā)生故障，本領(lǐng)域的技術(shù)人員以術(shù)語"空中停 車"（IFSD)來表示該故障，導(dǎo)致渦輪噴氣引擎的計(jì)劃外拆卸來進(jìn)行維修操作。這些劣化通 常涉及污染、腐蝕、氧化、侵蝕、磨損或異物侵入等現(xiàn)象。
[0003] 為了防止高劣化的出現(xiàn)，以固定的時(shí)間間隔定期進(jìn)行檢測(cè)渦輪噴氣引擎的操作。 這樣可檢測(cè)渦輪引擎的一個(gè)模塊是否有缺陷，或是否具有未來故障跡象的征兆。這種檢測(cè) 方法是不令人滿意的，因?yàn)橄嗤悇e的渦輪噴氣引擎上的磨損是變化的，以固定的時(shí)間間 隔進(jìn)行檢測(cè)是不足夠的。如果監(jiān)測(cè)的頻率太低，空中故障（IFSD)的風(fēng)險(xiǎn)就增加。相比之 下，如果監(jiān)測(cè)的頻率過高，則檢測(cè)步驟可以實(shí)施，同時(shí)引擎在最健康狀態(tài)下，這導(dǎo)致時(shí)間的 浪費(fèi)。
[0004] 為了消除此缺點(diǎn)，也就是說，對(duì)于飛機(jī)的各飛行周期，提出了持續(xù)地檢測(cè)渦輪噴氣 引擎的單獨(dú)性能，以提早檢測(cè)出渦輪噴氣引擎的異常劣化的出現(xiàn)。
[0005] 在現(xiàn)有技術(shù)中，已知用于檢測(cè)渦輪噴氣引擎的劣化的方法，其中使用已知劣化特 征的數(shù)據(jù)庫，所述劣化特征在屬于相同類別的渦輪噴氣引擎的整個(gè)使用過程中被識(shí)別。為 了形成一特征，測(cè)量渦輪引擎的物理參數(shù)，例如，燃料流速，渦輪噴氣引擎的速度以及引擎 的輸出溫度。實(shí)踐中，由渦輪引擎所測(cè)量的參數(shù)（燃料的流速，高壓主體的行走速度，以及 對(duì)應(yīng)于排出氣體的溫度的溫度）的數(shù)量很少，以提供渦輪引擎的各種模塊的監(jiān)測(cè)。因此，可 準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)致渦輪噴氣引擎的性能水平的異常劣化的模塊是困難的。
[0006] SNECMA公司的申請(qǐng)F(tuán)R1151348公開了一種使用所述渦輪引擎的熱力學(xué)循環(huán)的理 論模型來獲得大量劣化特征的方法。在實(shí)踐中，對(duì)于該模型的有限數(shù)量的輸入，可以以幾個(gè) 不同的熱力學(xué)設(shè)置結(jié)束。待解決的未確定的問題沒有使得可以最佳的方式來檢測(cè)渦輪引擎 的模塊的情況。
[0007] 而且，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的檢測(cè)方法不考慮渦輪引擎的老化。其結(jié)果是，當(dāng)渦輪引擎僅 僅老化時(shí)，檢測(cè)方法可以推斷出渦輪引擎的一個(gè)模塊發(fā)生異常劣化。
[0008] 用于檢測(cè)劣化的方法需要在與渦輪引擎的名義老化有關(guān)的劣化與元件的異常劣 化有關(guān)的劣化之間進(jìn)行辨別。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為此，本發(fā)明涉及一種用于通過檢測(cè)渦輪引擎的性能，利用計(jì)算機(jī)來檢測(cè)所述渦 輪引擎的劣化的方法，渦輪引擎包括多個(gè)功能模塊，各功能模塊的特征在于，至少一個(gè)健康 參數(shù)表示渦輪引擎的功能模塊的劣化。渦輪引擎的總體老化特征在于老化參數(shù)，在該方法 中：
[0010]-測(cè)量渦輪引擎的多個(gè)物理參數(shù)，以形成渦輪引擎的當(dāng)前性能指數(shù)；
[0011]-利用渦輪引擎的熱力學(xué)模型來計(jì)算渦輪引擎的多個(gè)劣化性能指數(shù)，對(duì)于每個(gè)劣 化性能指數(shù)，假設(shè)渦輪引擎的僅僅一個(gè)功能模塊劣化，各劣化性能指數(shù)與功能模塊關(guān)聯(lián)；
[0012] -對(duì)應(yīng)于在渦輪引擎的所有功能模塊中的單一劣化功能模塊的各劣化性能指數(shù)通 過模擬渦輪引擎的性能指數(shù)來獲得，對(duì)于所述渦輪引擎的性能指數(shù)，劣化的功能模塊的健 康參數(shù)和老化參數(shù)是變量，其他非劣化的功能模塊的健康參數(shù)被視為健康的健康參數(shù)；
[0013] -計(jì)算多個(gè)成本指數(shù)，對(duì)應(yīng)于當(dāng)前性能指數(shù)與劣化性能指數(shù)之間的差值的各成本 指數(shù)改變劣化性能指數(shù)的變量，以使該差值最小，各劣化性能指數(shù)與其成本指數(shù)關(guān)聯(lián)；
[0014] -確定對(duì)應(yīng)于在所有成本指數(shù)中的具有最小值的所述成本指數(shù)的最佳成本指數(shù)；
[0015] -檢測(cè)渦輪引擎的模塊的劣化，所述渦輪引擎的模塊劣化的劣化性能指數(shù)與最佳 成本指數(shù)關(guān)聯(lián)。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的方法有利地考慮了渦輪引擎的老化，從而使得可有利地將與渦輪引 擎的老化有關(guān)的性能損失從異常劣化中區(qū)分開。由于通過假設(shè)只有一個(gè)模塊損壞來限定變 量的數(shù)量，因此劣化的決定快速且可靠地確定。待解決的問題不再象現(xiàn)有技術(shù)的情況那樣 是未確定的。成本指數(shù)的使用使得可快速且可靠地驗(yàn)證根據(jù)渦輪引擎的劣化所得的假設(shè)。
[0017] 優(yōu)選地，各功能模塊的特征在于至少兩個(gè)健康參數(shù)。優(yōu)選地，各功能模塊特征在于 效率降低指標(biāo)和滲透率/流速性能降低指標(biāo)。效率指標(biāo)和滲透率/流速性能降低指標(biāo)使得 可準(zhǔn)確地反映渦輪引擎的模塊，特別是劣化類型的模塊。在檢測(cè)劣化模塊后，可以分析優(yōu)化 的健康參數(shù)，以確定劣化的性質(zhì)，這使得可執(zhí)行針對(duì)性的維護(hù)。
[0018] 更優(yōu)選地，功能模塊屬于以下功能模塊：風(fēng)扇模塊、高壓壓縮機(jī)模塊、增壓器模塊、 高壓渦輪模塊以及低壓渦輪模塊。這種模塊難以同時(shí)顯示異常的劣化，這使得可驗(yàn)證劣化 性能指數(shù)的劣化假設(shè)。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，最佳的成本指數(shù)與預(yù)定值的成本閾值相比較，如果最佳 的成本指數(shù)低于成本閾值，則禁止劣化的檢測(cè)。有利地，通過調(diào)整檢測(cè)的敏感性來限制錯(cuò)誤 檢測(cè)的風(fēng)險(xiǎn)。成本指數(shù)越低，劣化就可能越大。
[0020] 優(yōu)選地，確定對(duì)應(yīng)于在除了最佳成本指數(shù)外的成本指數(shù)中的具有最小值的成本指 數(shù)的候選成本指數(shù)，候選成本指數(shù)與最佳成本指數(shù)之間的差值與給定的監(jiān)測(cè)閾值相比較， 如果該差值低于給定的監(jiān)測(cè)閾值，則檢測(cè)渦輪引擎的模塊的劣化，所述渦輪引擎的模塊劣 化的劣化性能指數(shù)與候選成本指數(shù)關(guān)聯(lián)。在缺乏結(jié)論的情況下，該方法有利地確定最易于 導(dǎo)致劣化的兩個(gè)模塊，從而提高檢測(cè)速度。
[0021] 更優(yōu)選地，劣化性能指數(shù)的變量的值分別在變化范圍內(nèi)改變，所述變化范圍的界 限根據(jù)上述劣化檢測(cè)確定。因此，不測(cè)試不太可能的參數(shù)的組合，這使得可限制計(jì)算時(shí)間并 提高該方法的可靠性。
[0022] 仍優(yōu)選地，由于功能模塊的各健康參數(shù)與取決于老化參數(shù)的老化部件關(guān)聯(lián)，因此 各劣化性能指數(shù)取決于所有模塊的老化部件。因此，雖然假設(shè)單一模塊在渦輪引擎中是錯(cuò) 誤的，但是考慮各模塊的老化，從而使得可獲得更有關(guān)的成本指數(shù)，以提高結(jié)論的可靠性。
[0023] 有利地，渦輪引擎的當(dāng)前特征與特征庫或特征數(shù)據(jù)庫相比較，其中在渦輪引擎中 的任何可適用的異常值均由數(shù)學(xué)函數(shù)所確定。該庫使用經(jīng)驗(yàn)的反饋通知，如在下文更詳細(xì) 所解釋。這使得可通知所述庫的新情景，所述新情景出現(xiàn)在相同隊(duì)中的渦輪引擎的使用過 程中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 通過閱讀純粹由例子給出的以下描述并參考附圖，本發(fā)明將更好地理解，其中：
[0025] 圖1是渦輪引擎的模塊以及測(cè)量渦輪引擎的物理參數(shù)以計(jì)算在其飛行過程中渦 輪引擎的當(dāng)前性能指數(shù)的步驟的示意圖；
[0026] 圖2顯示是模塊M2, M3和M4的劣化特征的成本指數(shù)J2, J3, J4和I J4-J2 I的監(jiān) 測(cè)；
[0027] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)方法的示意圖；
[0028] 圖4是顯示渦輪引擎的當(dāng)前特征的圖表；以及
[0029] 圖5顯示渦輪引擎特征的圖表。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 本發(fā)明描述飛機(jī)的渦輪引擎，但本發(fā)明適于任何類型的渦輪引擎，例如發(fā)電渦輪 引擎。
[0031] 參見圖1，飛機(jī)的渦輪引擎通常包括多個(gè)模塊M，例如，風(fēng)扇模塊M1，高壓壓縮機(jī)模 塊M2,增壓器模塊M3,高壓渦輪模塊M4和低壓渦輪模塊M5。在下文中，假設(shè)渦輪引擎1僅 僅包括上述五個(gè)模塊M1-M5,但不言而喻本發(fā)明應(yīng)用于包括超過五個(gè)模塊的渦輪引擎1。
[0032] 渦輪引擎的性能指數(shù)
[0033] 為了使得可監(jiān)測(cè)在其壽命過程中的渦輪引擎的性能，限定一性能指數(shù)Y。
[0034] 此性能指數(shù)Y通常通過計(jì)算在其飛行過程中的渦輪噴氣引擎1的物理參數(shù)的幾個(gè) 測(cè)量值來獲得。在例子中，該渦輪引擎包括多個(gè)設(shè)置在渦輪引擎1中以測(cè)量物理參數(shù)的傳 感器C，所述物理參數(shù)例如為溫度、壓力、燃料流速和旋轉(zhuǎn)速度。
[0035] 性能指數(shù)Y也可利用渦輪噴氣引擎的熱力學(xué)模型通過分析獲得，所述熱力學(xué)模型 取決于：
[0036] -渦輪噴氣引擎1的總體參數(shù)（飛行條件，操作值），以及
[0037] -尤其用于渦輪噴氣引擎1的模塊M1-M5的健康參數(shù)。
[0038] 優(yōu)選地，渦輪噴氣引擎1的熱力學(xué)模型采取引擎小冊(cè)子的形式。更好地已知為"性 能卡片組"或"引擎循環(huán)卡片組"的小冊(cè)子限定渦輪噴氣引擎的整個(gè)熱力學(xué)循環(huán)，并精確地 限定渦輪噴氣引擎的各組件。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員已知的此小冊(cè)子使引擎制造商可在原型建 造前，在其設(shè)計(jì)過程中測(cè)試渦輪噴氣引擎。該小冊(cè)子為同族和同類型的各渦輪噴氣引擎所 特有。小冊(cè)子通常根據(jù)SAE航空航天標(biāo)準(zhǔn)ARP755A和AS681G來起草。
[0039] 在此例子中，各模塊M具有兩個(gè)健康參數(shù)：
[0040] -效率降低指標(biāo)SE，以及
[0041] -滲透率/流速性能降低指標(biāo)SW。
[0042] 總體參數(shù)不同，模塊M的健康參數(shù)不可確定。不言而喻模塊M可以包括單一健康 參數(shù)或超過兩個(gè)的健康參數(shù)。
[0043] 在當(dāng)前例子中，渦輪噴氣引擎1的性能指數(shù)Y取決于十個(gè)列在以下圖表中的健康 參數(shù)（兩個(gè)/模塊）。
[0044]

【權(quán)利要求】
1. 一種通過利用計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)渦輪引擎（1)的性能，來檢測(cè)所述渦輪引擎（1)的劣化 的方法，所述渦輪引擎包括多個(gè)功能性模塊（M1-M5)，各所述功能性模塊（M1-M5)通過表 示所述渦輪引擎（1)的功能性模塊（M1-M5)的劣化的至少一個(gè)健康參數(shù)（ASE1-ASE5， A SW1-A SW5)來表征，所述渦輪引擎（1)的總體老化由老化參數(shù)（A)表征，在該方法中： -測(cè)量所述渦輪引擎（1)的多個(gè)物理參數(shù)，以形成所述渦輪引擎（1)的一當(dāng)前性能指數(shù) (Ycour); -利用所述渦輪引擎的熱力學(xué)模型來計(jì)算所述渦輪引擎（1)的多個(gè)劣化性能指數(shù) (YDEei-YDE(；5)，對(duì)于每個(gè)劣化性能指數(shù)（YDH；)，假定所述渦輪引擎（1)的僅一個(gè)功能性模塊 (M)已劣化，各劣化性能指數(shù)（YDE(；1 - YDH；5)與一功能性模塊（M1-M5)相關(guān)聯(lián)； -對(duì)應(yīng)于在所述渦輪引擎（1)的所有功能性模塊（M1-M5)中的一單一的劣化功能性模 塊（M)的各劣化性能指數(shù)（YDE(；)通過模擬所述渦輪引擎（1)的性能指數(shù)來獲得，對(duì)于所述 渦輪引擎（1)的性能指數(shù)，所述劣化的功能性模塊（M)的健康參數(shù)（ASE，ASW)和所述老 化參數(shù)（A)是變量，其他非劣化的功能模塊的健康參數(shù)被視為健康的健康參數(shù)； -計(jì)算多個(gè)成本指數(shù)（J)，對(duì)應(yīng)于所述當(dāng)前性能指數(shù)（YraK)與各劣化性能指數(shù)（YDH；1- YDEG5)之間的差的各成本指數(shù)（J)改變所述劣化性能指數(shù)（Ydeg1 _ YDEG5)的變量（ASE，ASW， 入），以使所述差最小，各劣化性能指數(shù)（YDE(；1 - U與其成本指數(shù)（J1-J5)相關(guān)聯(lián)； -確定對(duì)應(yīng)于在所有所述成本指數(shù)（J1-J5)中的具有最小值的一個(gè)的最佳成本指數(shù) (J〇pt); -檢測(cè)所述渦輪引擎的模塊的劣化，所述渦輪引擎的模塊的劣化性能指數(shù)與所述最佳 成本指數(shù)（J。#)相關(guān)聯(lián)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中各功能模塊（M1-M5)由至少兩個(gè)健康參數(shù) (ASE1-ASE5, ASW1-ASW5)表征。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中各功能性模塊（M1-M5)由以下項(xiàng)表征： -效率降低指標(biāo)（A SE1- A SE5)，以及 -滲透率/流速能力降低指標(biāo)（A SW1- A SW5)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述功能性模塊（M1-M5)屬于以 下功能性模塊：風(fēng)扇模塊（Ml)、高壓壓縮機(jī)模塊（M2)、增壓器模塊（M3)、高壓渦輪模塊（M4) 以及低壓渦輪模塊（M5)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任何一項(xiàng)所述的方法，其中 -所述最佳成本指數(shù)aPt)與具有預(yù)定值的成本閾值（J_)相比較，以及 -如果所述最佳成本指數(shù)aPt)低于所述成本閾值a_)，則禁止劣化的檢測(cè)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的方法，其中： -確定對(duì)應(yīng)于除了所述最佳成本指數(shù)aPt)以外的全部成本指數(shù)ai-j5)中的具有最 小值的成本指數(shù)的一候選成本指數(shù)（J_d); -所述候選成本指數(shù)（j_d)與所述最佳成本指數(shù)aPt)之間的差與一給定的監(jiān)視閾值 (sg)相比較； -如果所述差低于所述給定的監(jiān)視閾值（sg)，則檢測(cè)所述渦輪引擎的模塊的劣化，所述 渦輪引擎的模塊的劣化性能指數(shù)與所述候選成本指數(shù)aand)相關(guān)聯(lián)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述劣化性能指數(shù)（YDE(；1 - Ydh；5) 的變量（A SEi，A SWi，A)的值分別在變化范圍內(nèi)改變，所述變化范圍的界限根據(jù)之前所 做的劣化檢測(cè)來確定。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的方法，其中，由于一功能性模塊（M1-M5) 的各健康參數(shù)（ASE1-ASE5, ASW1-ASW5)與取決于所述老化參數(shù)（入）的一老化要素 (FSEU)，F(xiàn)SWU))相關(guān)聯(lián)，因此各劣化性能指數(shù)（YDE(；)是所有模塊（M1-M5)的老化要素 (FSE(X)，F(xiàn)sw〇))的函數(shù)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至8中任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述渦輪引擎的當(dāng)前特征與一特 征庫相比較，其中在所述渦輪引擎中的任何可適用的異常值均由一數(shù)學(xué)函數(shù)來確定。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK104428727SQ201380036410
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2013年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月10日
【發(fā)明者】奧利維爾·派爾, 蒂里·布里徹勒, 阿莫里·奧利維爾 申請(qǐng)人:斯奈克瑪