用于通過監(jiān)測渦輪機的性能來檢測所述渦輪機的劣化的方法
【專利摘要】一種用于通過監(jiān)測渦輪機的性能來檢測所述渦輪機的劣化的方法，該渦輪機包括多個功能性模塊，在該方法中：測量渦輪機的多個物理參數(shù)，以形成該渦輪機的當前性能指數(shù)；對于該渦輪機計算多個劣化性能指數(shù)，假設對于各劣化性能指數(shù)，該渦輪機的僅單一的功能性模塊已劣化；計算對應于當前性能指數(shù)與劣化性能指數(shù)之間的差的多個成本指數(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)；檢測該渦輪機的模塊的劣化，所述渦輪機的模塊的劣化性能指數(shù)與最佳成本指數(shù)相關聯(lián)。
【專利說明】用于通過監(jiān)測渦輪機的性能來檢測所述渦輪機的劣化的方 法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及渦輪引擎的領域，特別是涉及飛機渦輪噴氣引擎。

【背景技術】
[0002] 渦輪噴氣引擎通常包括多個模塊，例如壓縮機，燃燒室和渦輪。在其運轉過程 中，這些模塊將劣化，因而影響渦輪噴氣引擎的一個或多個模塊的性能。在高劣化的情況 下，渦輪噴氣引擎和飛機可能在飛行過程中發(fā)生故障，本領域的技術人員以術語"空中停 車"（IFSD)來表示該故障，導致渦輪噴氣引擎的計劃外拆卸來進行維修操作。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)，以固定的時間間隔定期進行檢測渦輪噴氣引擎的操作。 這樣可檢測渦輪引擎的一個模塊是否有缺陷，或是否具有未來故障跡象的征兆。這種檢測 方法是不令人滿意的，因為相同類別的渦輪噴氣引擎上的磨損是變化的，以固定的時間間 隔進行檢測是不足夠的。如果監(jiān)測的頻率太低，空中故障（IFSD)的風險就增加。相比之 下，如果監(jiān)測的頻率過高，則檢測步驟可以實施，同時引擎在最健康狀態(tài)下，這導致時間的 浪費。
[0004] 為了消除此缺點，也就是說，對于飛機的各飛行周期，提出了持續(xù)地檢測渦輪噴氣 引擎的單獨性能，以提早檢測出渦輪噴氣引擎的異常劣化的出現(xiàn)。
[0005] 在現(xiàn)有技術中，已知用于檢測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使用過程中被識別。為 了形成一特征，測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。實踐中，由渦輪引擎所測量的參數(shù)（燃料的流速，高壓主體的行走速度，以及 對應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。因此，可 準確地對準導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FR1151348公開了一種使用所述渦輪引擎的熱力學循環(huán)的理 論模型來獲得大量劣化特征的方法。在實踐中，對于該模型的有限數(shù)量的輸入，可以以幾個 不同的熱力學設置結束。待解決的未確定的問題沒有使得可以最佳的方式來檢測渦輪引擎 的模塊的情況。
[0007] 而且，根據(jù)現(xiàn)有技術的檢測方法不考慮渦輪引擎的老化。其結果是，當渦輪引擎僅 僅老化時，檢測方法可以推斷出渦輪引擎的一個模塊發(fā)生異常劣化。
[0008] 用于檢測劣化的方法需要在與渦輪引擎的名義老化有關的劣化與元件的異常劣 化有關的劣化之間進行辨別。


【發(fā)明內容】

[0009]為此，本發(fā)明涉及一種用于通過檢測渦輪引擎的性能，利用計算機來檢測所述渦 輪引擎的劣化的方法，渦輪引擎包括多個功能模塊，各功能模塊的特征在于，至少一個健康 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]-測量渦輪引擎的多個物理參數(shù)，以形成渦輪引擎的當前性能指數(shù)；
[0011]-利用渦輪引擎的熱力學模型來計算渦輪引擎的多個劣化性能指數(shù)，對于每個劣 化性能指數(shù)，假設渦輪引擎的僅僅一個功能模塊劣化，各劣化性能指數(shù)與功能模塊關聯(lián)；
[0012] -對應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] -計算多個成本指數(shù)，對應于當前性能指數(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)關聯(lián)；
[0014] -確定對應于在所有成本指數(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 擎的老化有關的性能損失從異常劣化中區(qū)分開。由于通過假設只有一個模塊損壞來限定變 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證根據(jù)渦輪引擎的劣化所得的假設。
[0017] 優(yōu)選地，各功能模塊的特征在于至少兩個健康參數(shù)。優(yōu)選地，各功能模塊特征在于 效率降低指標和滲透率/流速性能降低指標。效率指標和滲透率/流速性能降低指標使得 可準確地反映渦輪引擎的模塊，特別是劣化類型的模塊。在檢測劣化模塊后，可以分析優(yōu)化 的健康參數(shù)，以確定劣化的性質，這使得可執(zhí)行針對性的維護。
[0018] 更優(yōu)選地，功能模塊屬于以下功能模塊：風扇模塊、高壓壓縮機模塊、增壓器模塊、 高壓渦輪模塊以及低壓渦輪模塊。這種模塊難以同時顯示異常的劣化，這使得可驗證劣化 性能指數(shù)的劣化假設。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，最佳的成本指數(shù)與預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。有利地，通過調整檢測的敏感性來限制錯誤 檢測的風險。成本指數(shù)越低，劣化就可能越大。
[0020] 優(yōu)選地，確定對應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)測閾值相比較， 如果該差值低于給定的監(jiān)測閾值，則檢測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)關聯(lián)。在缺乏結論的情況下，該方法有利地確定最易于 導致劣化的兩個模塊，從而提高檢測速度。
[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改變，所述變化范圍的界 限根據(jù)上述劣化檢測確定。因此，不測試不太可能的參數(shù)的組合，這使得可限制計算時間并 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，雖然假設單一模塊在渦輪引擎中是錯 誤的，但是考慮各模塊的老化，從而使得可獲得更有關的成本指數(shù)，以提高結論的可靠性。
[0023] 有利地，渦輪引擎的當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)學函數(shù)所確定。該庫使用經(jīng)驗的反饋通知，如在下文更詳細 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量渦輪引擎的物理參數(shù)以計算在其飛行過程中渦 輪引擎的當前性能指數(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；
[0027] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的檢測方法的示意圖；
[0028] 圖4是顯示渦輪引擎的當前特征的圖表；以及
[0029] 圖5顯示渦輪引擎特征的圖表。

【具體實施方式】
[0030] 本發(fā)明描述飛機的渦輪引擎，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，飛機的渦輪引擎通常包括多個模塊M，例如，風扇模塊M1，高壓壓縮機模 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，假設渦輪引擎1僅 僅包括上述五個模塊M1-M5,但不言而喻本發(fā)明應用于包括超過五個模塊的渦輪引擎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 測量值來獲得。在例子中，該渦輪引擎包括多個設置在渦輪引擎1中以測量物理參數(shù)的傳 感器C，所述物理參數(shù)例如為溫度、壓力、燃料流速和旋轉速度。
[0035] 性能指數(shù)Y也可利用渦輪噴氣引擎的熱力學模型通過分析獲得，所述熱力學模型 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的熱力學模型采取引擎小冊子的形式。更好地已知為"性 能卡片組"或"引擎循環(huán)卡片組"的小冊子限定渦輪噴氣引擎的整個熱力學循環(huán)，并精確地 限定渦輪噴氣引擎的各組件。本領域內技術人員已知的此小冊子使引擎制造商可在原型建 造前，在其設計過程中測試渦輪噴氣引擎。該小冊子為同族和同類型的各渦輪噴氣引擎所 特有。小冊子通常根據(jù)SAE航空航天標準ARP755A和AS681G來起草。
[0039] 在此例子中，各模塊M具有兩個健康參數(shù)：
[0040] -效率降低指標SE，以及
[0041] -滲透率/流速性能降低指標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)或超過兩個的健康參數(shù)。
[0043] 在當前例子中，渦輪噴氣引擎1的性能指數(shù)Y取決于十個列在以下圖表中的健康 參數(shù)（兩個/模塊）。
[0044]

【權利要求】
1. 一種通過利用計算機監(jiān)測渦輪引擎（1)的性能，來檢測所述渦輪引擎（1)的劣化 的方法，所述渦輪引擎包括多個功能性模塊（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： -測量所述渦輪引擎（1)的多個物理參數(shù)，以形成所述渦輪引擎（1)的一當前性能指數(shù) (Ycour); -利用所述渦輪引擎的熱力學模型來計算所述渦輪引擎（1)的多個劣化性能指數(shù) (YDEei-YDE(；5)，對于每個劣化性能指數(shù)（YDH；)，假定所述渦輪引擎（1)的僅一個功能性模塊 (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)相關聯(lián)； -對應于在所述渦輪引擎（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)； -計算多個成本指數(shù)（J)，對應于所述當前性能指數(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)相關聯(lián)； -確定對應于在所有所述成本指數(shù)（J1-J5)中的具有最小值的一個的最佳成本指數(shù) (J〇pt); -檢測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。#)相關聯(lián)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中各功能模塊（M1-M5)由至少兩個健康參數(shù) (ASE1-ASE5, ASW1-ASW5)表征。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中各功能性模塊（M1-M5)由以下項表征： -效率降低指標（A SE1- A SE5)，以及 -滲透率/流速能力降低指標（A SW1- A SW5)。
4. 根據(jù)權利要求1至3中任何一項所述的方法，其中所述功能性模塊（M1-M5)屬于以 下功能性模塊：風扇模塊（Ml)、高壓壓縮機模塊（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)權利要求1至4中任何一項所述的方法，其中 -所述最佳成本指數(shù)aPt)與具有預定值的成本閾值（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。
6. 根據(jù)權利要求1至5中任何一項所述的方法，其中： -確定對應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)相關聯(lián)。
7. 根據(jù)權利要求1至6中任何一項所述的方法，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改變，所述變化范圍的界限根據(jù)之前所 做的劣化檢測來確定。
8. 根據(jù)權利要求1至7中任何一項所述的方法，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)權利要求1至8中任何一項所述的方法，其中所述渦輪引擎的當前特征與一特 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)學函數(shù)來確定。
【文檔編號】G05B23/02GK104428727SQ201380036410
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年7月3日 優(yōu)先權日: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 申請人:斯奈克瑪